Windows 10 19H1: Spectre V2-Schutz per Retpoline

Überraschung in der Windows 10 Insider Preview für 19H1: Der Kernel enthält wohl die Retpoline-Technik, um diesen vor SpectreV2 zu schützen. Damit soll der Leistungsverlust durch diesen Schutz minimiert werden. Ergänzung: Es gibt inzwischen einen Benchmark von Martin Geuß.

Hintergrundinformation zu Retpoline

Anfang des Jahres wurden ja die Angriffsmethoden Spectre und Meltdown öffentlich bekannt, die auf CPU-Ebene wirken. In der Folge wurden von Intel Microcode-Patches und von Microsoft eine Reihe Meltdown- und Spectre-Patches freigegeben. Der unerwünschte Nebeneffekt: Manche Patches verursachten massive Leistungseinbußen bei den Systemen.

Andererseits hatte Google-Software-Entwickler bereits frühzeitig die Idee, die spekulativen Seitenkanalangriffe für Spectre (und Meltdown) über spezielle Code-Konstrukte ins Leere laufen zu lassen. Die Technik trägt den Namen Retpoline und wurde in diesem Google-Dokument beschrieben. Google verwendete die Retpoline-Technik zum Patchen der eigenen Server für die Cloud.

Ich hatte im Januar 2018 im Beitrag Meltdown/Spectre: Google patcht Cloud ohne Leistungsverlust darüber berichtet. In Linux wurde diese Technik von Anfang an im Kernel verwendet (siehe z.B. den Beitrag Ubuntu 14.04 LTS erhält Kernel mit Spectre V2-Schutz).

Auch Microsoft setzt auf Retpoline

Nun ist Sicherheitsforscher Alex Ionescu beim Testen der aktuellen Insider Preview für Windows 10 19H1 aufgefallen, dass im Kernel Retpoline aktiviert ist. Er hat dies in einem Tweet gemeldet.

Yes, we have enabled retpoline by default in our 19H1 flights along with what we call "import optimization" to further reduce perf impact due to indirect calls in kernel-mode. Combined, these reduce the perf impact of Spectre v2 mitigations to noise-level for most scenarios. https://t.co/CPlYeryV9K

— Mehmet Iyigun (@mamyun) 18. Oktober 2018

In seinen Tests konnte er eine große Leistungsverbesserung des neuen Kernels bei Dateisystem-Benchmarks auf einem Surface Pro 4 feststellen. Mehmet Iyigun (@mamyun) vom Windows/Azure Kernel Team bestätigte dann auf Twitter, dass man Retpoline standardmäßig im Windows 10 Entwicklungszweig 19H1 (wird das Frühjahrs-Update in 2019) aktiviert habe.

Bei Microsoft kombiniert man das Ganze mit einer Technik, die 'Import Optimization' genannt wird. Die Entwickler haben das Ziel, dadurch die Leistungseinbußen durch indirekte Aufrufe von Kernel-Mode-Funktionen noch zu minimieren. Die Kombination dieser Techniken führt dazu, dass die Leistungseinbußen durch Spectre V2-Schutzmaßnahmen kaum mehr festzustellen sind und 'im Rauschen' untergehen. (via)

Ergänzung: Mir fehlen Zeit, Geräte und Nerv, die Insider Previews intensiver zu testen (alleine der Download dauert Stunden). Aber Martin Geuß hat sich die Mühe gemacht, das auf einem Surface mal ausgiebiger zu testen. Er hat die Ergebnisse eines Benchmarks in diesem Dr. Windows-Artikel veröffentlicht – nicht ganz uninteressant.