Spezielle Software kann Prozessoren schneller ausfallen lassen

ForschungInnovation
Prozessor (Bild: Shutterstock/irbis picture)

Forscher der Universität New York haben Input-Muster identifiziert, die dafür verantwortlich sind, dass Schaltkreise mit der Zeit schlechter werden und schließlich den Dienst versagen. Die von den Forscher entwickelte Software MAGIC kann diese Muster gezielt hervorrufen.

Ein Team aus fünf Forschern der Universität New York hat eine von ihm MAGIC (Malicious Aging in Circuits/Cores) genannte Software entwickelt, die durch ihre Arbeitsweise Prozessoren mittelfristig zerstören kann. Sie erzeugt dazu von den Forschern als schädlich erkannte Input-Muster. Mit ihnen kann die auch bei normalen Gebrauch erfolgende Abnutzung des Schaltkreises erheblich beschleunigt werden.

Ihre Software erprobten die Forscher ihrem Bericht zufolge an einem OpenSPARC-T1-Prozessor von Oracle, da dessen Design für akademische Zwecke offen liegt. Sie merken aber an, dass die Methode unabhängig vom Prozessor funktioniert. Lief das Programm, drückte das Leistung nach einem, zwei beziehungsweise sechs Monaten um 10,92, 13,25 respektive 16,8 Prozent. In dem Prozessor bereits vorgesehene Schutzmechanismen umgeht die Software und führt damit schließlich zu dessen Ausfall.

Auswirkungen der MAGIC-Software auf die Lebenserwartung eines Prozessors (Screnshot: ITespresso)
Auswirkungen der MAGIC-Software auf die Lebenserwartung eines Prozessors. Die normale Lebenserwartung wir durch die untere Kurve dargestellt, die Auswirkungen von MAGIC zeigt die obere Kurve (Screenshot: ITespresso).

Die Forscher sehen drei Möglichkeiten für Missbrauch einer derartigen Software. Entweder könnten Nutzer sie einsetzen, um sich zum Beispiel bei einem Smartphone durch die Herstellergarantie nicht abgedeckten Schaden innerhalb der Garantiezeit den Ausfall des Prozessors provozieren um sich so den Austausch des Geräts zu erschleichen.

Andererseits könnte aber auch ein Hersteller vor Einführung einer neuen Produktgeneration mit einem vermeintlichen Update die Software ausliefern und so die Leistungsfähigkeit der Hardware reduzieren um das Interesse an seiner neuen Produktgeneration zu erhöhen. Drittens ist den Forschern zufolge auch vorstellbar, dass die Software in für den Export bestimmten militärischen Geräten versteckt und mit einer Fernwartung versehen wird, um dann bei Bedarf dessen Leistungs- und Funktionsfähigkeit zu reduzieren.

Allerdings schlagen die Forscher auch zwei vergleichsweise einfach Abwehrmethoden für die von ihnen geschilderten Angriffe auf den Prozessor vor. Der einfachste Weg wäre es zufolge, die Ausführung bei einem Schwellenwert zu beenden, wenn bestimmte Befehle öfter hintereinander ausgeführt werden sollen. Dadurch, so geben die Forscher zu bedenken, könnte es aber zu Fehlern bei bestimmten Benchmarks und SIMD-Prozessoren (Single Instruction Multiple Data) kommen, wo ja gerade identische Befehle mehrfach hintereinander ausgeführt werden sollen.

Daher verwerfen sie diese Lösung. Stattdessen empfehlen sie einerseits den Einsatz der bereits jetzt anderweitig genutzten Thread Migration und andererseits, den Schaltkreis bewusst Instruktionen ausführen zu lassen, die den von MAGIC erzeugten Effekten entgegenwirken. Die “Heil-Instruktionen” müssten dazu bereits vorab definiert und auf dem Chip gespeichert sein. Sie würden von diesem dann regelmäßig ausgeführt. Der durch die zusätzliche Arbeit zu erwartende Leistungsverlust ist den Forschern zufolge gering. Bei dem im Test verwendeten SPARC-Prozessor haben sie bei 2 Milliarden Instruktionen, wobei nach jeweils 1000 Instruktionszyklen die “Heil-Befehle” ausgeführt wurden, einen Overhead von O,18 Prozent gemessen.

Tipp: Wie gut kennen Sie sich mit Prozessoren aus? Testen Sie Ihr Wissen – mit 15 Fragen auf ITespresso

Anklicken um die Biografie des Autors zu lesen  Anklicken um die Biografie des Autors zu verbergen