芯片級(jí)安全沒有終點(diǎn)，探秘“間諜芯片”重重疑云

10月5日起，一則“蘋果、亞馬遜被卷入，中國黑客利用微芯片入侵美國”的消息不脛而走，消息所波及的中美科技企業(yè)的股價(jià)應(yīng)聲下跌。而該消息的源頭，來自于美國“權(quán)威媒體”彭博新聞社一則題為《大黑客：中國如何用迷你芯片入侵美國公司》（The Big Hack: How China Used a Tiny Chip to Infiltrate U.S. Companies）的封面新聞。

報(bào)道中，這枚“迷你間諜芯片”不足米粒大小，僅僅“與削尖的筆尖”相當(dāng)，但微小身軀絲毫不影響它所蘊(yùn)含的巨大能量。該封面文章稱，該“間諜芯片”結(jié)合了足夠的內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)連接能力和處理能力對宿主服務(wù)器進(jìn)行黑客攻擊。此外，在用偽裝躲過檢測的同時(shí)，在“服務(wù)器被打開時(shí)，微芯片改變了操作系統(tǒng)的核心，使其能夠接受修改”。

也就是說，如果報(bào)道屬實(shí)，這可能是有史以來公開報(bào)道的一個(gè)國家最大的硬件漏洞。

不過，無論當(dāng)事科技巨頭及外界各方的反應(yīng)，還是從技術(shù)細(xì)節(jié)上的推演分析，彭博新聞社這則“經(jīng)過2000名記者和多層編輯花了十幾個(gè)月來組稿”（美國專業(yè)IT雜志The Register推特發(fā)文）的驚天報(bào)道，都越來越像一出自導(dǎo)自演的鬧劇。

各方回應(yīng)：子虛烏有

根據(jù)報(bào)道“援引參與此事件的美國政府和私營公司的近20個(gè)匿名消息來源”的描述，這起“間諜芯片”事件始于3年前，中國某代工企業(yè)通過在Supermicro（超微公司，美國最大服務(wù)器生產(chǎn)商之一）的服務(wù)器某主板中植入一枚超級(jí)微小的芯片，進(jìn)而黑進(jìn)了全美約30多家企業(yè)的服務(wù)器里竊取信息，包括蘋果、亞馬遜。其中，亞馬遜公司更是在該報(bào)道中作為“率先通過自查發(fā)現(xiàn)隱患”的案例被詳細(xì)呈現(xiàn)。

作為這次所謂“間諜芯片”事件中首當(dāng)其沖的公司，超微、蘋果、亞馬遜在該報(bào)道發(fā)出后迅速反應(yīng)，發(fā)表清晰無誤的聲明否認(rèn)有此事件，稱報(bào)道是子虛烏有、無稽之談。

超微公司在官方聲明中回應(yīng)稱：“雖然我們會(huì)配合任何政府調(diào)查，但我們對任何有關(guān)這類問題的調(diào)查并不知情，也沒有任何政府機(jī)構(gòu)在此方面與我們聯(lián)系過。我們也并不知曉有任何客戶放棄美超微作為供應(yīng)商是因?yàn)槌霈F(xiàn)了此類問題?！?/p>

蘋果公司則聲稱，“我們可以非常清楚地表示，蘋果從未發(fā)現(xiàn)任何服務(wù)器中被故意植入惡意芯片、硬件操縱或漏洞”，還提到蘋果“在過去的一年中，曾多次與我們聯(lián)系，聲稱發(fā)現(xiàn)了涉及到蘋果的安全事件”，但蘋果公司根據(jù)他們的詢問進(jìn)行的嚴(yán)格內(nèi)部調(diào)查顯示，“每次我們都沒有找到任何證據(jù)來支持他們”，“幾乎駁斥了彭博社此次有關(guān)蘋果報(bào)道的方方面面”。

此外，美國公司高級(jí)安全官員還于當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月7日致信美國國會(huì)，稱他們沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明中國黑客通過芯片對該公司進(jìn)行攻擊。蘋果公司信息安全副總裁史塔克普洛斯向媒體透露，“蘋果的專有安全工具會(huì)不斷掃描這種出站流量，因?yàn)樗砻鞔嬖趷阂廛浖蚱渌麗阂饣顒?dòng)，但從來沒有發(fā)現(xiàn)過類似情況”。

亞馬遜也就報(bào)道中提及的“細(xì)節(jié)”嚴(yán)詞回應(yīng)，稱“供應(yīng)鏈妥協(xié)、惡意芯片問題或硬件修改的說法并非事實(shí)”，“關(guān)于亞馬遜早就發(fā)現(xiàn)含有惡意芯片的服務(wù)器或基于中國數(shù)據(jù)中心的修改行為，以及亞馬遜與FBI合作調(diào)查有關(guān)惡意硬件的數(shù)據(jù)，也從未發(fā)生”。

出人意料的是，10月6日，美國國土安全部在其官網(wǎng)上首度發(fā)聲聲援上述企業(yè)，表示“沒有理由懷疑蘋果、亞馬遜和Supermicro否認(rèn)此前彭博發(fā)布報(bào)道中的指控”。而據(jù)英國報(bào)道，英國國家網(wǎng)絡(luò)安全中心也“支持美國科技企業(yè)蘋果和亞馬遜對彭博新聞社報(bào)道的否認(rèn)”。

技術(shù)分析：可能性極小

根據(jù)該報(bào)道發(fā)布的內(nèi)容描述和圖片信息，有硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域技術(shù)人員試圖通過技術(shù)推演嘗試驗(yàn)證該“黑客攻擊”的可能性。在知名無晶圓廠半導(dǎo)體公司Marvell做芯片研發(fā)的硬件工程師“千載周瑜”（應(yīng)采訪對象要求化名）在推演后說：“以目前的信息來看，假新聞概率很大?！?/p>

他給出了3條技術(shù)理由。首先，數(shù)據(jù)中心在給服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)之前，通常會(huì)將智能平臺(tái)管理接口（IPMI）中的基板管理控制器（BMC，報(bào)道中植入芯片的“可能所在”）的固件連同系統(tǒng)基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS）一起更新到最新版本；其次，在一個(gè)具備內(nèi)網(wǎng)隔離和虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）的正常設(shè)置里，BMC連接根本無法訪問互聯(lián)網(wǎng)，外界也同樣感知不到這個(gè)BMC的存在——這是一個(gè)“薛定諤的惡意后門”；第三，假設(shè)后門運(yùn)行良好，那它一定會(huì)接受外界監(jiān)聽者的指令，并把監(jiān)聽的數(shù)據(jù)傳給監(jiān)聽者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析——因?yàn)槟赴宕鎯?chǔ)空間有限。但是這種大量數(shù)據(jù)的流入/流出，會(huì)被防火墻視為不正常，“但蘋果或亞馬遜這樣的公司居然沒人注意到（不正常的流量異常）？可能嗎？”

為了進(jìn)一步推演，“千載周瑜”做了一些假設(shè)，以讓“間諜芯片”看起來可行。

通常，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，我們會(huì)重啟或重裝系統(tǒng)；而當(dāng)數(shù)據(jù)中心的機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，管理員一般不會(huì)親自走到機(jī)器前，而是借助智能平臺(tái)管理接口中的BMC，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)來重啟/重裝程序。

“如果植入芯片被放在BMC和包含BMC固件的串行外圍接口（SPI）閃存芯片之間，那么它可以利用SPI的簡單低頻打個(gè)時(shí)間差，對SPI通信進(jìn)行攔截或修改，甚至改變啟動(dòng)路徑（Boot Path）。不過，具體植入芯片能發(fā)揮多大的作用，要看超微公司母板的硬件設(shè)計(jì)具體把多少功能交給了固件。”千載周瑜說，這里需要假設(shè)在母板中固件擁有過多的覆蓋權(quán)限（假設(shè)一）。

其次，為了讓植入芯片的每個(gè)引腳既能偵聽又能篡改通信信息，還要假設(shè)植入芯片在引腳上有很大的電流來驅(qū)動(dòng)（假設(shè)二）。而為了接觸敏感數(shù)據(jù)或植入更強(qiáng)的木馬，植入芯片還要通過干擾BMC與SPI閃存之間的通信，來篡改SPI閃存固件（假設(shè)三）。

“實(shí)際的惡意固件代碼會(huì)在BMC上跑。BMC本身就是一個(gè)處理器，而SPI flash里的固件就好比它的操作系統(tǒng)。理論上BMC能讀寫服務(wù)器硬盤，只要BMC受到控制（假設(shè)四），就可以接觸敏感數(shù)據(jù)或植入更強(qiáng)的木馬。”

千載周瑜做了這一番假設(shè)后表示：“通過這番表述，想必讀者也能大致了解到，讓植入芯片成功運(yùn)作需要多少假設(shè)和機(jī)緣巧合。”

了解到，報(bào)道里描述了超微公司雇傭了很多中國大陸和***地區(qū)的工程師，他們“用普通話開會(huì)，開會(huì)所用的幻燈片里包含中文，甚至還會(huì)在公司訂中式糕點(diǎn)”，以此影射該公司在其所勾畫的“間諜芯片”事件中存在貓膩。對此，千載周瑜表示：“一家由一群中國人創(chuàng)業(yè)的公司，開會(huì)還不能講普通話？Slide（幻燈片）里還不能有中文？還不能訂中餐？可見彭博社的這篇報(bào)道除了子虛烏有，已經(jīng)沒什么可寫的內(nèi)容，而這段描述在我眼里就是赤裸裸的種族歧視?！彼€重申：“彭博社如果給不出后續(xù)證據(jù)，這篇報(bào)道一定是假新聞?！?/p>

10月9日，報(bào)道發(fā)布了第二篇有所謂“新證據(jù)”的報(bào)道。文中提及“檢測到被篡改的Supermicro服務(wù)器實(shí)際上作為兩個(gè)設(shè)備出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中”，“間諜芯片”通過“合法服務(wù)器以一種方式進(jìn)行通信，另一個(gè)則以另一種方式、但所有流量似乎都來自同一個(gè)可信服務(wù)器”來使它得以通過安全過濾器。

對此，千載周瑜說，他也注意到這篇新的報(bào)道，但他認(rèn)為該文充斥著“大量文科生語言”，上文提及的“唯一有點(diǎn)技術(shù)含量的內(nèi)容，沒有成立的可能性”。

芯片級(jí)安全須重視

而對于《中國科學(xué)報(bào)》提出的“能否從技術(shù)上分析該‘間諜芯片’的可行性”問題時(shí)，天津飛騰信息技術(shù)有限公司一位要求匿名的高級(jí)工程師表示：“沒啥想說的，感覺就是個(gè)假新聞。”

眾所周知，中國的IT基礎(chǔ)設(shè)施中布滿了美國的各類芯片、IC器件，芯片設(shè)計(jì)和研發(fā)能力遠(yuǎn)在美國這樣的超級(jí)強(qiáng)國之后。如果要通過硬件黑入IT系統(tǒng)，誰攻誰防的態(tài)勢一目了然。對此，該高級(jí)工程師表示贊同：“如果這條新聞是真的，美國不是更有能力和條件來入侵中國IT設(shè)施嗎？”

“大家稍微動(dòng)動(dòng)腦子就可以得出這個(gè)推論。他們無非是想給本國禁售中國IT企業(yè)產(chǎn)品找點(diǎn)安全借口。”該高級(jí)工程師說。

事實(shí)上，“硬件木馬”并非不存在。早在2016年，來自密歇根大學(xué)的研究人員證明了在芯片制造過程中植入硬件木馬的可行性，并在當(dāng)年的電氣和電子工程師協(xié)會(huì)隱私與安全大會(huì)上進(jìn)行了演示，而當(dāng)年他們的研究還在該會(huì)議上獲得了最佳論文獎(jiǎng)。

在那篇獲獎(jiǎng)?wù)撐闹?，密歇根大學(xué)的研究人員稱，他們的本意是防止這類無法檢測的硬件后門攻擊，而不是發(fā)明它們。“事實(shí)上，世界各國的政府有可能已經(jīng)想到了這種模擬電路攻擊方法。”他們寫道，“通過發(fā)布此論文，我們聲明，這種攻擊是真實(shí)的、迫在眉睫的威脅?，F(xiàn)在我們需要找到一種防御方式。”

“盡管有很多技術(shù)細(xì)節(jié)需要弄清楚，但它展示了芯片級(jí)安全的重要性：不僅要防，也可以攻?！敝锌圃河?jì)算所研究員韓銀和表示，這一事件提示我們，芯片級(jí)安全須加以重視。

那么，在芯片產(chǎn)業(yè)中尚處于弱勢的中國如何保障硬件安全？“第一，盡量采用國產(chǎn)關(guān)鍵軟硬件；第二，要重視和加強(qiáng)IT產(chǎn)品的安全檢測?！鄙鲜龈呒?jí)工程師表示，盡管目前針對硬件木馬的檢測技術(shù)是在不斷演進(jìn)的，但道高一尺魔高一丈，安全沒有終點(diǎn)。