Intel'in Donanım Güvenliği Ödüllerinde Türk Araştırmacıların İmzası!

Bellek açığını bulan da ona en güncel çözümü getiren de aynı törende ödül aldı

Intel'in bu yıl verdiği iki donanım güvenliği ödülünün ikisinde de Türk araştırmacıların imzası var. Bilgisayar belleklerindeki satır darbeleme (RowHammer) açığını 2014'te ilk kez ortaya koyan çalışma Kalıcı Etki Ödülü'nü, bu açığa karşı sanayinin geliştirdiği en yeni korumayı 11 yıl sonra inceleyip güçlendiren Chronus ise Güncel Yayın Ödülü'nü aldı. İki çalışmanın ortak yazarı ETH Zürih'ten Prof. Dr. Onur Mutlu. Chronus'un dokuz yazarından yedisi Türk; beşi TOBB ETÜ'de Prof. Dr. Oğuz Ergin'in öğrencisi olarak yetişti.

Bellek hücreleri birbirini etkiliyor

Bilgisayarların ana belleğini oluşturan DRAM yongalarında milyarlarca küçük hücre birbirine çok yakın diziliyor. Bir bellek satırına kısa sürede çok sayıda erişildiğinde, komşu satırlardaki bitler kendiliğinden değişebiliyor. "Satır darbeleme" (İngilizcesiyle RowHammer) adı verilen bu olgu, saldırganların dokunmadıkları verileri değiştirmesine ve sistemlerde yetki kazanmasına yol açabiliyor.

Tehdit kâğıt üstünde kalmadı. Google'ın Project Zero ekibi 2015'te bu açığı kullanarak bilgisayarlarda işletim sisteminin çekirdeğinde yetki ele geçirmeyi gösterdi. 2016'da Hollanda'daki Vrije Universiteit Amsterdam'dan araştırmacılar aynı yöntemle Android telefonlarda tam yetki elde etti.

Sorunu bulan çalışmaya Kalıcı Etki Ödülü

Intel, en az on yıl önce yayımlanıp donanım güvenliği alanını kalıcı olarak etkileyen çalışmalara Kalıcı Etki Ödülü (Test of Time Award) veriyor. Bu yılki ödül, satır darbelemeyi ilk kez ortaya koyan 2014 tarihli "Flipping Bits in Memory Without Accessing Them" başlıklı çalışmaya gitti. Yoongu Kim, Ross Daly, Jeremie Kim, Chris Fallin, Ji Hye Lee, Donghyuk Lee, Chris Wilkerson, Konrad Lai ve Türk bilgisayar bilimci Onur Mutlu'nun imzasını taşıyan çalışma, bilgisayar mimarisinin en saygın konferansı sayılan ISCA'da yayımlanmıştı. Çalışma, Onur Mutlu'nun yönettiği SAFARI Araştırma Grubunda, Intel araştırmacılarıyla birlikte yürütülmüştü. Ödülü törende yazarlar adına Onur Mutlu ve Konrad Lai aldı.

O çalışma, dünyanın üç büyük bellek üreticisinden sınanan bellek modüllerinin yüzde 80'inden fazlasında satır darbelemenin ortaya çıktığını gösterdi ve sıradan bir programın bile gerçek sistemlerde bitleri değiştirebildiğini kanıtladı. Bellek sanayisi bu bulgunun ardından bellek denetleyicilerini ve yongaları yeniden tasarladı.

Çalışma, sorunu çözmek için yedi ayrı yaklaşımı da inceledi. Bunların arasında çok düşük maliyetli yeni bir olasılıksal yöntem de vardı ve önerilerin bir kısmı sanayi ürünlerine yön verdi ya da doğrudan kullanıldı. 2014 bildirisi daha önce de ödüllendirilmişti. IEEE TCAD dergisinin 2012-2017 dönemi için donanım ve gömülü güvenlik alanında seçtiği yedi makaleden biri oldu, 2023'te de ISCA'nın 50. yılı için hazırlanan geçmişe bakış sayısına alındı. SAFARI'nin satır darbeleme çalışmaları 2024'te güvenilir hesaplama alanındaki IFIP Jean-Claude Laprie Ödülü'nü de kazandı.

Intel, ödülün gerekçesinde bu çalışmayı, satır darbeleme adıyla bilinen DRAM bozulma hatalarını ilk kez gözler önüne seren çığır açıcı bir araştırma olarak niteledi. Intel'e göre çalışma, sanayinin bellek güvenilirliği ve güvenliği konusundaki anlayışını kökten değiştirdi, ardından gelen on yıllık araştırmaya ilham verdi ve bugün de güvenli ve güvenilir sistemlerin tasarımına yön vermeyi sürdürüyor. Aradan geçen 12 yıl, Onur Mutlu ve arkadaşlarının o gün ortaya koyduğu sorunun ne kadar önemli olduğunu gösterdi; Intel'in verdiği Kalıcı Etki Ödülü de bunun onayı oldu.

11 yıl sonra gelen çözüm: Chronus

Sorunun ne kadar ciddi olduğu sanayinin tepkisinden de belli. Dünyanın büyük bellek üreticilerinden ikisi 2023'te satır darbelemeye karşı aldıkları önlemleri anlatan makaleler yayımladı, ardından bellek standardının kendisi değişti.

Bellek standartlarını belirleyen uluslararası kuruluş JEDEC, Nisan 2024'te yeni nesil bilgisayarlarda ve sunucularda kullanılan DDR5 bellek standardına "satır başına etkinleştirme sayımı" (PRAC) adı verilen yeni bir koruma ekledi. SAFARI'ye göre bu, DRAM standartlarında son on yıllarda yapılan en büyük değişikliklerden biri. Chronus ekibi bu korumayı ilk kez ayrıntılı olarak inceledi. Çalışmaya göre PRAC, bugünkü yongalarda sistemi gözle görülür biçimde yavaşlatıyor; daha savunmasız olacak gelecek yongalarda ise bu yavaşlama ağırlaşıyor. Ekip ayrıca korumanın "dalga saldırısı" adı verilen bir saldırı türüne açık kaldığını gösterdi.

Ekibin önerdiği Chronus, sayaçları verinin yanından ayırarak olağan bellek erişimleri sırasında güncelliyor ve koruma için yapılan yenileme sayısını gerektiğinde artırarak dalga saldırısını engelliyor. Bildiriye göre dört çekirdekli sistemlerde PRAC, bugünkü yongalarda sistemi ortalama yüzde 5,8 yavaşlatırken Chronus'ta bu kayıp yüzde 0,1'in altında kalıyor. Daha savunmasız olacak gelecek yongalarda PRAC'ın yol açtığı yavaşlama ortalama yüzde 78,5'e çıkıyor; Chronus'ta ise yüzde 8,3'te kalıyor. Yöntem, karşılaştırılan altı güncel çözümün hepsinden daha iyi sonuç veriyor. Çalışmanın kodu açık kaynak olarak yayımlandı; HPCA'nın bağımsız değerlendirmesinde sonuçların yeniden üretilebildiği de doğrulandı. Çalışma 2025'te bellek sanayisinin FMS buluşmasında ve Amsterdam'daki Hardwear.io güvenlik konferansında davetli konuşma olarak da sunuldu.

75'i aşkın başvuru arasından Güncel Yayın Ödülü

Intel, donanım güvenliğine katkı yapan akademik çalışmaları 2021'den bu yana ödüllendiriyor; program bu yıl dördüncü kez düzenlendi. Ödüller, Intel'in 28-30 Eylül'de ABD'nin Oregon eyaletindeki Hillsboro'da düzenlediği, yalnız davetlilerin katıldığı Akademik Güvenlik Konferansında 30 Eylül'de sahnede açıklandı. Son iki yılda yayımlanan çalışmalara verilen Güncel Yayın Ödülü'nü (Recent Publication Award), Oğuzhan Canpolat, A. Giray Yağlıkçı, Geraldo F. Oliveira, Ataberk Olgun, Nisa Bostancı, İsmail Emir Yüksel, Haocong Luo, Oğuz Ergin ve Onur Mutlu'nun imzasını taşıyan "Chronus: Understanding and Securing the Cutting-Edge Industry Solutions to DRAM Read Disturbance" başlıklı bildiri kazandı. Ödülü törende yazarlar adına A. Giray Yağlıkçı aldı.

Ödüle yalnız 2024 ve 2025'te hakemli bilimsel konferans ya da dergilerde yayımlanmış çalışmalar başvurabiliyor; başvuruyu da üniversitelerin kadrolu öğretim üyeleri yapıyor. Dünyanın dört bir yanından gelen 75'i aşkın başvuru arasından beş çalışma finale kaldı. Beş finalistin hepsi, bilgisayar güvenliği ve bilgisayar mimarisi alanlarının en seçkin konferansları olan IEEE Güvenlik ve Mahremiyet Sempozyumu (S&P), USENIX Security, ACM CCS, ASPLOS ve HPCA'da yayımlanmıştı. Finalistler arasında Belçika'daki KU Leuven'in iki çalışması ile ABD'deki Kaliforniya Üniversitesi San Diego'nun çalışması da vardı. Güncel Yayın Ödülü'nü Chronus kazanırken iki çalışma mansiyon aldı.

Intel, ödülün gerekçesinde çalışmanın yeni nesil DDR5 belleklere yönelik satır darbeleme önlemlerine ışık tuttuğunu, sanayinin yeni yaklaşımlarını incelediğini, güvenliği artırırken sisteme getirdiği yükü azaltan bir yöntem önerdiğini ve kodunun açık kaynak olarak paylaşıldığını belirtti. Ödül plaketinde de çalışmanın, satır darbeleme açıklarına karşı verimli ve ölçeklenebilir bir koruma getirerek DRAM güvenliğini ileri taşıdığı yazıyor.

Kasırga'dan dünyaya

Chronus'un baş yazarı Oğuzhan Canpolat, Oğuz Ergin'in yönettiği TOBB ETÜ Kasırga Mikroişlemciler Laboratuvarının mikroişlemci tasarım takımında yetişti. Chronus, Canpolat'ın TOBB ETÜ'de Ergin'in danışmanlığında yürüttüğü yüksek lisans tezinin konusuydu. Çalışma, Canpolat'ın konuk araştırmacı olarak bulunduğu ETH Zürih'te başladı; Onur Mutlu'nun yönettiği SAFARI Araştırma Grubunda, Geraldo F. Oliveira ve Haocong Luo'nun da katılımıyla yürütüldü. Canpolat tezini Ağustos 2025'te tamamladı ve şu anda ABD'deki Stony Brook Üniversitesinde doktora öğrencisi.

Chronus'un dokuz yazarından beşi Kasırga'da yetişti ve yüksek lisansını Ergin'in danışmanlığında yaptı. Canpolat'ın dışındaki dört isim de araştırmalarını yurt dışında sürdürüyor.

• Giray Yağlıkçı: Doktorasını ETH Zürih'te tamamladı. Şu anda Almanya'daki CISPA Helmholtz Bilgi Güvenliği Merkezinde öğretim üyesi.
• Ataberk Olgun, Nisa Bostancı ve İsmail Emir Yüksel: ETH Zürih'te doktora öğrencisi.

Kasırga takımları, TEKNOFEST Çip Tasarım Yarışması'nda dört yıl üst üste toplam beş birincilik kazandı. Canpolat 2023'te iki Kasırga takımının kaptanıydı; Bostancı ve Yüksel de yarışmanın 2022'de ilk kez düzenlendiği yıl birinci olan Kasırga takımının üyesiydi.

Kasırga takımı, TEKNOFEST 2022 Çip Tasarım Yarışması Sayısal Tasarım birinciliğinin ardından TOBB ETÜ'de. Soldan sağa: Alperen Bolat, Nisa Bostancı, Oğuz Ergin, Yahya Can Tuğrul, İsmail Emir Yüksel. Bolat mezuniyetinin ardından Queen's University Belfast'ta, Tuğrul Stony Brook Üniversitesinde doktoraya başladı.

"Bu alandaki emeğin uluslararası bir karşılığı" 

Çalışmanın yazarlarından Prof. Dr. Oğuz Ergin, ödüllerle ilgili şunları söyledi: "Satır darbeleme, on yılı aşkın süredir bilgisayar güvenliğinin en inatçı sorunlarından biri. Aynı törende hem bu sorunu ilk kez ortaya koyan çalışmanın hem de sanayinin en yeni çözümünü güçlendiren Chronus'un ödül alması, bu alandaki emeğin uluslararası bir karşılığı. Yıllardır DRAM belleklerin sorunlarının peşinden giden Onur Mutlu'yu ve SAFARI ekibini kutluyorum. Bu çalışmada emeği geçen genç araştırmacıların çoğunun Türkiye'de yetişmiş olması beni ayrıca gururlandırıyor."

Prof. Dr. Onur Mutlu da şunları söyledi: "2014'te satır darbelemeyi ortaya koyduğumuzda, bellek yongalarının küçülürken nasıl yeni ve ciddi bir güvenlik açığı doğurduğunu göstermiştik. Aradan geçen on iki yılda bu sorun bellek sanayisinin tasarımlarını ve standartlarını değiştirdi, ama hâlâ tam olarak çözülmüş değil. Chronus, sanayinin en yeni çözümünü bile titizlikle sınamanın ve daha iyisini önermenin ne kadar değerli olduğunu gösteriyor. Bu çalışmada Türkiye'den gelen genç araştırmacıların bu kadar büyük pay sahibi olmasından mutluluk duyuyorum. Temel araştırmaya ve iyi yetişmiş insana yapılan yatırım, uzun vadede her zaman karşılığını verir."

Chronus'un baş yazarı Oğuzhan Canpolat da şunları söyledi: "Satır darbeleme, akademi ve sanayinin on yılı aşkın süredir birlikte peşinden koştuğu bir sorun. Akademi ile sanayinin bir araya gelerek soruna güçlü bir çözüm geliştirdiğini görmek ve bu çözümün bir parçası olmak benim için çok kıymetli. Bu yolda bana yol gösteren Oğuz Ergin ile Onur Mutlu hocalarıma ve emeği geçen bütün ekip arkadaşlarıma teşekkür ederim."