インテル MPX

Intel MPX ( Memory Protection Extensions ) は、 x86命令セット アーキテクチャの廃止された拡張機能セットです。コンパイラ、ランタイム ライブラリ、およびオペレーティングシステムのサポートにより、Intel MPX は、通常のコンパイル時の意図がバッファ オーバーフローによって実行時に悪用されるポインタ参照をチェックすることで、ソフトウェアのセキュリティを強化すると謳っていました。実際には、設計上の欠陥が多数発見されたため、実用的ではなく、ほとんどのコンパイラとオペレーティングシステムでサポートが廃止または削除されています。Intelは、 Intel® 64 および IA-32 アーキテクチャ ソフトウェア開発者マニュアル第 1 巻のセクション 2.5 で、2019 年以降のハードウェアで MPX が削除されたと記載しています。^{[ 1 ]}

Intel MPX では、新しいバウンドレジスタと、これらのレジスタを操作する新しい命令セット拡張機能が導入されています。さらに、バウンド レジスタに収まらないバウンドを格納する新しい「バウンド テーブル」のセットがあります。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

MPX は、4 つの新しい 128 ビット境界レジスタ から を使用し、BND0それぞれBND3がバッファの 64 ビット下限 (LB) と上限 (UB) 値のペアを格納します。上限は1 の補数形式で格納され、BNDMK(境界の作成) とBNDCU(上限のチェック) が変換を実行します。アーキテクチャには、2 つの構成レジスタBNDCFGx(BNDCFGUユーザー空間とBNDCFGSカーネルモード) と、BNDSTATUS例外が発生した場合にメモリ アドレスとエラー コードを提供するステータス レジスタ が含まれています。^{[ 7 ] [ 8 ]}

メモリに境界を格納するために、2 レベルのアドレス変換が使用されます。最上位層は、アプリケーションの起動時に作成される境界ディレクトリ (BD) で構成されます。各 BD エントリは空であるか、動的に作成される境界テーブル (BT) へのポインタを含みます。BT には、ポインタの線形アドレスとともに一連のポインタ境界が含まれます。境界ロード ( BNDLDX) およびストア ( BNDSTX) 命令は、アドレス変換を透過的に実行し、適切な BT エントリの境界にアクセスします。^{[ 7 ] [ 8 ]}

Intel MPXはSkylakeマイクロアーキテクチャの一部として導入されました。^{[ 9 ]}

Intel GoldmontマイクロアーキテクチャはIntel MPXもサポートしています。^{[ 9 ]}

• glibcはバージョン2.35でサポートを終了しました。
• GNU Compiler Collection (GCC) 5.0 では MPX のサポートが追加されました。^{[ 10 ]} 2018 年、メンテナンスの負担とIntel開発者によるパッチの提供が断続的であったため、これらの拡張機能のサポートは低下し、GCC 9.0 でサポートを終了する提案が出されました。^{[ 11 ]} GCC 9.1 でサポートが削除されました。^{[ 12 ]}
• Intel C++ Compiler (icc) 15.0 では Intel MPX のサポートが追加されました。^{[ 10 ]}
• Intel MPX のカーネルレベルのソフトウェアサポートは、2015 年 2 月 8 日にリリースされたカーネル バージョン 3.19 でLinux カーネルのメインラインに統合されました。 ^{[ 13 ] [ 14 ]} 2018 年に Thomas Gleixner は、Linux カーネル 4.18 から MPX サポートを削除することを提案しました。^{[ 15 ]}その削除を含むプル リクエストは、4.20 開発サイクル中の 2018 年 12 月に投稿されましたが、^{[ 16 ]}受け入れられませんでした。2 回目の試みは 2019 年 7 月に行われました。 ^{[ 17 ]} MPX サポートは 5.6 で削除されました。^{[ 18 ]}
• QEMUはバージョン2.6以降MPXをサポートしていましたが^{[ 19 ]}、4.0リリースでサポートを終了しました^{[ 20 ] 。}
• Microsoft Visual Studio 2015 Update 1 では、MPX の実験的なサポートが追加されました。^{[ 21 ]}

ある研究では、MPXシステムスタックの詳細なクロスレイヤー解析と、3つの主要なソフトウェアベースのメモリ保護メカニズム（AddressSanitizer、SAFECode、SoftBound）との比較を行い、以下の結論を提示している。^{[ 8 ]}

• Intel MPXは、独自のハードウェアレジスタセットを追加した、特別に設計されたハードウェア支援方式ですが、ソフトウェアベースの方式よりも高速ではありません。新しいIntel MPX命令は、最悪の場合、最大4倍の速度低下を引き起こす可能性がありますが、コンパイラの最適化によってその影響は軽減され、平均で約50%の実行時オーバーヘッドが発生します。
• 他のソフトウェアベースのソリューションとは対照的に、Intel MPXは一時的なメモリ安全性エラーに対する保護機能を提供しません。
• 二重間接参照境界テーブルからの読み書きはスレッドセーフではありません。
• MPXは、柔軟な配列メンバー、あるフィールドを別のフィールドからのオフセットとして参照するなど、一般的なC / C++プログラミングの慣用表現のいくつかをサポートしていません。
• MPXは他のISA拡張機能と競合することがあり、パフォーマンスやセキュリティ上の問題を引き起こします。具体的には、Intel MPXをIntel TSXやIntel SGXなどの他のハードウェアベースの保護メカニズムと組み合わせて使用​​した場合に、これらの問題が発生します。
• MPX命令は、MPXをサポートしていないIntel製CPUであっても、大幅なパフォーマンス低下（15%以上）を引き起こします。

さらに、レビューでは MPX は実用段階に達しておらず、AddressSanitizerの方が良い選択肢であると結論付けられました。^{[ 8 ]} AddressSanitizer の開発者である Google の Kostya Serebryany によるレビュー^{[ 22 ]}も同様の結論でした。^{[ 23 ]}

• メモリ保護キー
• ソフトウェアガード拡張機能

• Intelアーキテクチャ命令セット拡張プログラミングリファレンス（PDF）。Intel。 2013年7月。 2016年1月10日取得。
• Oleksenko, Oleksii; Kuvaiskii, Dmitrii; Bhatotia, Pramod; Felber, Pascal; Fetzer, Christof (2017). "Intel MPX の説明: Intel MPX とソフトウェアベースの境界チェック手法に関する実証的研究". arXiv : 1702.00719 [ cs.CR ].オンライン補足資料はhttps://intel-mpx.github.ioで入手できます。
• 「Intel メモリ保護拡張機能の概要」 . Intel . 2013-07-16 . 2013-09-10に取得.
• 「Intel ISA Extensions」 . Intel . 2013年11月4日取得。
• 「GCCコンパイラにおけるIntel® Memory Protection Extensions (Intel® MPX)のサポート」 . gcc.gnu.org . 2013年11月4日取得。
• Hansen, Dave (2016-03-16). "Intel® Memory Protection Extensions (Intel® MPX) for Linux" . 2018-05-17に取得。