Fractal \u00e9 um kernel desenvolvido no MIT para estudar como chips realmente operam. A equipe da CSAIL criou um sistema que funciona direto no hardware, oferecendo vis\u00e3o mais clara do funcionamento interno de processadores e j\u00e1 revelou comportamento desconhecido no M1 da Apple. O objetivo \u00e9 entender melhor estruturas como preditores de ramifica\u00e7\u00e3o e caches.<\/p>\n
Ao contr\u00e1rio de experimentos em macOS ou Linux, que misturam configura\u00e7\u00f5es, Fractal boota no modo bare metal e executa experimentos com privil\u00e9gio \u00fanico, reduzindo ru\u00eddos. O conceito central \u00e9 a concorr\u00eancia de m\u00faltimos privil\u00e9gios, com uma nova constru\u00e7\u00e3o chamada thread de kernel externo. Isso permite medir em uma mesma \u00e1rea de mem\u00f3ria a\u00e7\u00f5es de usu\u00e1rio e do kernel.<\/p>\n
O que foi encontrado no M1<\/p>\n
A Apple utiliza uma varia\u00e7\u00e3o ARM chamada CSV2, que deveria impedir que c\u00f3digo em n\u00edvel de usu\u00e1rio influencie a predi\u00e7\u00e3o especulativa do kernel. Fractal confirmou que a prote\u00e7\u00e3o funciona na fase de execu\u00e7\u00e3o de predi\u00e7\u00e3o indireta, mas o carregamento inicial de alvos acontece antes da prote\u00e7\u00e3o, gerando canal lateral observ\u00e1vel.<\/p>\n
Tamb\u00e9m houve evid\u00eancia de Phantom, uma classe de erro de predi\u00e7\u00e3o j\u00e1 demonstrada em AMD e Intel. No M1, Phantoms podem ocorrer entre n\u00edveis de privil\u00e9gio e espa\u00e7os de endere\u00e7o, ainda que a execu\u00e7\u00e3o esteja bloqueada. Al\u00e9m disso, um experimento separando evidenciou que o treinamento cruzado do preditor de ramos n\u00e3o possui isolamento de privil\u00e9gio em nenhuma core, desmontando estudo anterior.<\/p>\n
Desenho t\u00e9cnico e prop\u00f3sito<\/p>\n
Fractal funciona com x86_64, ARM64 e RISC-V, reunindo mais de 31 mil linhas de c\u00f3digo. O kernel oferece chamadas POSIX, biblioteca C e portas de ferramentas como vim, GCC e dash, facilitando a migra\u00e7\u00e3o de c\u00f3digo de experimentos existentes.<\/p>\n
A equipe reportou os resultados \u00e0 Apple, que analisou o Fractal em parceria com os pesquisadores. A ideia de longo prazo \u00e9 tornar Fractal uma infraestrutura de pesquisa de microarquitetura, semelhante a ferramentas como QEMU, promovendo maior confiabilidade e reduced noise nos experimentos.<\/p>\n
Equipe e apoio<\/p>\n
Liderado por Joseph Ravichandran, doutorando do MIT, o projeto envolveu Mengjia Yan, professora associada do EECS, e contou com financiamento parcial da NSF, DoD e outras entidades. Os resultados foram apresentados no IEEE Symposium on Security and Privacy, em San Francisco.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"