什么是retpoline？它是如何工作的？

Question

为了减少内核或跨进程内存泄漏（Spectre攻击），Linux内核¹将使用一个新选项编译，-mindirect-branch=thunk-extern引入到gcc，以便通过所谓的retpoline执行间接调用。

这似乎是一个新发明的术语，因为谷歌搜索只是最近才使用（通常都是在2018年）。

¹但是，它不是Linux特有的--类似或相同的构造似乎被用作其他操作系统缓解策略的一部分。

Answer 1

sgbj在谷歌的保罗·特纳撰写的评论中提到的文章更详细地解释了以下内容，但我还是试试看：

根据目前有限的信息，我可以把它拼凑在一起，一个retpoline是一个返回蹦床，它使用一个从不执行的无限循环来防止CPU推测间接跳转的目标。

基本方法可以在Andi Kleen的内核分支中看到：

.macro NOSPEC_CALL target
    jmp     1221f            /* jumps to the end of the macro */
1222:
    push    \target          /* pushes ADDR to the stack */
    jmp __x86.indirect_thunk /* executes the indirect jump */
1221:
    call    1222b            /* pushes the return address to the stack */
.endm

    call retpoline_call_target
2:
    lfence /* stop speculation */
    jmp 2b
retpoline_call_target:
    lea 8(%rsp), %rsp 
    ret

这里的控制流可能会有点混乱，所以让我澄清一下：

• 调用将当前指令指针（标签2）推送到堆栈。
• lea将8添加到堆栈指针，实际上丢弃了最近推送的四字，这是最后一个返回地址（标签2）。之后，堆栈的顶部再次指向真实的返回地址ADDR。
• ret跳转到*addr并将堆栈指针重置到调用堆栈的开头。

最后，整个行为实际上等同于直接跳转到*addr。我们得到的一个好处是，在执行call指令时，用于返回语句（返回堆栈缓冲区，RSB)的分支预测器假定相应的ret语句将跳转到标签2。

但是请注意，规范中从未提到LFENCE和PAUSE会导致管道停顿，所以我在这里读了一些字里行间的内容。

现在回到您最初的问题：内核内存信息公开是可能的，因为两个想法的结合：

>

即使当推测错误时推测执行应该没有副作用，推测执行仍然会影响缓存层次结构。这意味着当推测性地执行内存加载时，它可能仍然导致缓存行被逐出。通过仔细测量映射到同一缓存集上的内存的访问时间，可以识别html" target="_blank">缓存层次结构中的这种变化。
当内存读取的源地址本身是从内核内存读取时，您甚至可以泄漏任意内存的一些位。

Retpoline作为一种缓解策略，将间接分支交换为返回，以避免使用来自BTB的预测，因为它们可能会被攻击者毒害。Skylake+的问题是RSB下溢回到使用BTB预测，这允许攻击者控制猜测。