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또한 같은 평가에서는 북극해의 나머지 얼음은 여름 동안 완전히 사라져도 겨울 동안 회복될 수 있지만, 바렌츠해의 얼음 덮개는 미만의 온난화에서도 겨울 동안 다시 형성되지 않을 수 있다고 주장했다. 이는 바렌츠해가 이미 북극에서 가장 빠르게 따뜻해지는 부분이기 때문이다. 2021-2022년에는 북극권 내의 온난화가 1979년 이후 전 지구 평균보다 거의 네 배 빠르게 진행되었지만, 바렌츠해는 전 지구 평균보다 최대 7배 빠르게 따뜻해졌다. 이 기후전환점은 바렌츠해-카라해 해빙 상태와 유라시아 다른 지역의 날씨 패턴 간의 연관성에 대한 수십 년간의 연구 역사 때문에 중요하다.
산악 빙하 후퇴.
산악 빙하는 그린란드와 남극 빙상 다음으로 육지에 묶인 얼음의 가장 큰 저장고이며, 기후 변화의 결과로 녹고 있다. 빙하 기후전환점은 빙하가 기후와 불균형 상태에 진입하여 온도가 내려가지 않는 한 녹아내리는 때이다. 예를 들어, 북부 캐스케이드산맥의 빙하는 2005년에도 관찰된 빙하의 67%가 불균형 상태였으며 현재 기후가 지속되면 살아남지 못할 것이다. 또는 프랑스 알프스산맥에서는 현재 기후 추세가 지속되면 21세기 말까지 아르장티에르 빙하와 메르 드 글라스 빙하가 완전히 사라질 것으로 예상된다. 총체적으로, 2023년 추정치에 따르면 지구 온난화가 일 때 전 세계 빙하의 49%가 2100년까지 사라질 것이고, 일 때는 83%의 빙하가 사라질 것이다. 이는 산악 빙하 '질량' 손실의 각각 4분의 1과 거의 절반에 해당하는데, 이는 가장 크고 탄력 있는 빙하만이 세기를 견뎌낼 것이기 때문이다. 이러한 얼음 손실은 또한 해수면 상승에 각각 약 와 약 를 기여할 것이며, 현재의 가능성이 있는 의 궤적은 2100년까지 약 의 해수면 상승 기여를 초래할 것이다.
가장 많은 빙하 얼음은 힌두쿠시산맥 히말라야 지역에 위치하며, 그 결과 속칭 지구의 제3의 극으로 불린다. 온난화가 로 제한되더라도 2100년까지 이 얼음의 3분의 1이 손실될 것으로 예상되며, 중간 및 심각한 기후변화 시나리오(대표 농도 경로(RCP) 4.5 및 8.5)는 같은 기간 동안 이 지역 빙하의 50% 및 &gt;67% 손실로 이어질 가능성이 높다. 빙하 해빙은 2060년경까지 지역 강물 유량을 가속화한 후 돌이킬 수 없는 감소세로 접어들 것으로 예상된다. 빙하 해빙 기여가 감소하더라도 지역 강수량은 계속 증가할 것이기 때문에, 계절풍의 기여가 적은 서부 유역에서만 연간 강물 유량이 감소할 것으로 예상된다. 그러나 관개 및 수력 발전은 여전히 이 지역의 모든 강에서 더 큰 연간 변동성과 더 낮은 계절풍 전 유량에 적응해야 할 것이다.
영구적으로 얼어붙은 땅, 즉 영구동토는 주로 시베리아, 알래스카주, 캐나다 북부, 티베트고원 등 육지의 넓은 부분을 덮고 있으며 두께는 1km에 달할 수 있다. 최대 100미터 두께의 해저 영구동토도 북극해 일부 해저에 존재한다. 이 얼어붙은 땅은 수천 년 동안 죽어 분해된 식물과 동물로부터 엄청난 양의 탄소를 품고 있다. 과학자들은 영구동토에 지구 대기에 존재하는 탄소량의 거의 두 배에 달하는 탄소가 있다고 믿고 있다.
기후가 따뜻해지고 영구동토가 녹기 시작하면 이산화 탄소와 메테인이 대기 중으로 방출된다. 온도가 높아지면 미생물이 활성화되어 영구동토 내의 생물학적 물질을 분해하며, 이 중 일부는 되돌릴 수 없게 손실된다. 대부분의 해빙은 점진적으로 수세기에 걸쳐 진행되지만, 일부 지역에서는 영구동토에 얼음 덩어리가 풍부하여 녹으면 지반이 무너지거나 수년에서 수십 년에 걸쳐 '열카르스트' 호수가 형성되는 급격한 해빙이 발생할 수 있다. 이러한 과정은 자가 지속되어 국지적인 티핑 동학을 초래하고 온실가스 배출량을 약 40% 증가시킬 수 있다. 와 메테인은 모두 온실가스이므로 영구동토 해빙에 대한 자가 강화 피드백으로 작용하지만, 전 지구적 기후전환점이나 폭주 온난화 과정으로 이어질 가능성은 낮다.
해류 붕괴와 관련된 기후전환점.
대서양 자오선 역전 순환 (AMOC).
대서양 자오선 역전 순환 (AMOC)은 걸프 해류 시스템으로도 알려져 있으며, 거대한 해류 시스템이다. 이는 물의 밀도 차이에 의해 구동되며, 차갑고 짠 물이 따뜻하고 민물보다 무겁다. AMOC는 컨베이어 벨트 역할을 하여 열대 지방의 따뜻한 표층수를 북쪽으로 보내고 차가운 민물을 남쪽으로 다시 운반한다. 따뜻한 물이 북쪽으로 흐르면서 일부는 증발하여 염분을 증가시킨다. 또한 더 차가운 공기에 노출되면 냉각된다. 차갑고 짠 물은 밀도가 더 높고 서서히 가라앉기 시작한다. 수면 아래 수 킬로미터 지점에서 차갑고 밀도가 높은 물이 남쪽으로 이동하기 시작한다. 지구 온난화로 인한 강수량 증가와 얼음 해빙은 짠 표층수를 희석시키고, 온난화는 밀도를 더욱 감소시킨다. 가벼워진 물은 가라앉기 어려워 순환을 늦춘다.
이론, 단순화된 모델, 과거의 급격한 변화 재구성은 AMOC에 기후전환점이 있음을 시사한다. 녹는 빙하로부터의 담수 유입이 특정 임계값에 도달하면, 유량이 감소된 상태로 붕괴될 수 있다. 해빙이 멈춘 후에도 AMOC는 현재 상태로 돌아오지 않을 수 있다. AMOC는 21세기에는 티핑될 가능성이 낮지만, 온실가스 배출량이 매우 높으면 2300년 이전에 그렇게 될 수도 있다. 온실가스 배출량에 따라 티핑 행동 없이도 24%에서 39%의 약화가 예상된다. AMOC가 붕괴되면 수천 년 동안 지속될 수 있는 새로운 안정 상태가 나타나 다른 기후전환점을 촉발할 수 있다.
2021년, 원시 유한 차분 해양 모델을 사용한 연구에 따르면, AMOC 붕괴는 해빙 증가 속도가 충분히 빠르다면 느린 변화에서 얻은 일반적인 티핑 임계값에 도달하지 않더라도 유발될 수 있다고 추정되었다. 따라서 이는 AMOC 붕괴가 복잡하고 대규모 기후 모델에서 일반적으로 추정되는 것보다 더 가능성이 높다는 것을 의미한다. 또 다른 2021년 연구에서는 AMOC 지수 세트에서 조기 경고 신호를 발견하여 AMOC가 티핑에 가까울 수 있음을 시사했다. 그러나 이듬해 같은 저널에 발표된 다른 연구에 따르면 AMOC는 지금까지 자체적인 자연 변동성 외에는 기후 변화의 영향을 받지 않는 대체로 안정적인 상태인 것으로 나타났다. 2022년에 발표된 두 가지 추가 연구에서도 AMOC를 평가하는 데 일반적으로 사용되는 모델링 접근 방식이 붕괴 위험을 과대평가하는 것으로 나타났다. 2024년 10월, 44명의 기후 과학자들은 공개 서한을 발표하여 지난 몇 년간의 과학 연구에 따르면 AMOC 붕괴 위험이 크게 과소평가되었으며, 특히 북유럽 국가들에게 파괴적인 영향을 미 미치며 향후 수십 년 이내에 발생할 수 있다고 주장했다. 2025년 8월 연구에 따르면 AMOC의 붕괴는 빠르면 2060년대에 시작될 수 있다고 결론지었다.
육상 시스템의 기후전환점.
아마존 우림 고사.
아마존 우림은 세계에서 가장 큰 열대 우림이다. 인도보다 두 배나 크고 남아메리카의 9개국에 걸쳐 있다. 이 숲은 공기가 숲을 가로질러 이동할 때 증발과 증산을 통해 수분을 재활용하여 자체 강수량의 약 절반을 생성한다. 이 수분 재활용은 우림이 유지될 수 있는 충분한 강수량이 있는 지역을 확장하며, 이것이 없으면 현재 숲 면적의 약 40%가 우림을 유지하기에는 너무 건조할 것이라고 한 모델은 지적한다. 그러나 기후 변화 (가뭄과 산불) 또는 탈산림화로 인해 숲이 손실되면 바람이 부는 지역에는 비가 적게 내려 나무 스트레스와 고사율이 증가한다. 결국, 충분한 숲이 손실되면 남은 우림의 상당 부분이 고사하고 더 건조하고 황폐한 숲 또는 사바나 경관으로 변모할 수 있는 임계점에 도달할 수 있으며, 특히 더 건조한 남부와 동부 지역에서 그러하다. 2022년 연구에 따르면 아마존 우림은 2000년대 초반부터 탄력성을 잃어가고 있다고 보고되었다. 탄력성은 단기 교란으로부터의 회복 시간으로 측정되며, 우림의 균형으로의 지연된 복귀는 임계 감속이라고 불린다. 관찰된 탄력성 손실은 우림이 임계 전환에 접근하고 있다는 이론을 강화하지만, 기후전환점이 언제 또는 실제로 도달할지 정확히 판단할 수는 없다.
북부 산림 생물군계 변화.
20세기 마지막 4분의 1 동안, 타이가가 차지하는 위도대는 지구상에서 가장 큰 온도 증가를 경험했다. 겨울 온도는 여름 온도보다 더 많이 증가했다. 여름에는 일일 최저 온도가 일일 최고 온도보다 더 많이 증가했다. 북부 환경은 장기적으로 안정적인 몇 가지 상태만을 가지고 있다는 가설이 제기되었다. 즉, 나무 없는 툰드라/스텝, 75% 이상의 나무 덮개를 가진 숲, 그리고 약 20% 및 약 45%의 나무 덮개를 가진 개방형 소림이다. 따라서 지속적인 기후 변화는 현재 존재하는 타이가 숲의 적어도 일부를 두 가지 소림 상태 중 하나로 또는 심지어 나무 없는 스텝으로 강제할 수 있지만, 온난화되고 나무 성장에 더 적합해짐에 따라 툰드라 지역을 소림 또는 숲 상태로 전환시킬 수도 있다.
이러한 추세는 2010년대 초 캐나다 북부 산림에서 처음 감지되었으며, 여름 온난화는 또한 알래스카 중부와 극동 러시아 일부 지역의 건조한 남부 북부 산림에서 물 스트레스를 증가시키고 나무 성장을 감소시키는 것으로 나타났다. 시베리아에서는 타이가가 온난화되는 기후에 반응하여 주로 바늘을 떨어뜨리는 잎갈나무속에서 상록 침엽수로 전환되고 있다.
캐나다의 후속 연구에 따르면 생체량 추세가 변하지 않은 숲에서도 지난 65년간 가뭄 내성이 높은 낙엽 활엽수로 상당한 변화가 있었다. 100,000개의 교란되지 않은 지역을 대상으로 한 랜드샛 분석에 따르면 나무 덮개가 낮은 지역은 온난화에 반응하여 더 푸르게 변했지만, 기존 나무 덮개의 비율이 증가함에 따라 나무 고사(갈변)가 지배적인 반응이 되었다. 동캐나다 산림에서 우세한 7종의 나무 종에 대한 2018년 연구에 따르면, 온난화만으로도 평균적으로 성장이 약 13% 증가하지만, 물 가용성이 온도보다 훨씬 더 중요하다는 것을 발견했다. 또한, 까지의 추가 온난화는 강수량 증가가 동반되지 않으면 상당한 감소를 초래할 것이다.
2021년 논문은 북부 산림이 캐나다의 다른 산림 유형보다 기후 변화에 훨씬 더 강하게 영향을 받는다는 것을 확인했으며, 인위적인 배출량의 잠재적 증가가 가장 큰 RCP 8.5 시나리오 하에서 동캐나다 북부 산림의 대부분이 2080년경 기후전환점에 도달할 것으로 예상했다. 또 다른 2021년 연구는 온건한 SSP2-4.5 시나리오 하에서 북부 산림이 세기 말까지 전 세계적으로 생체량의 15% 증가를 경험할 것이지만, 이는 열대 지역의 41% 생체량 감소에 의해 상쇄될 것이라고 예상했다. 2022년, 북아메리카에서 5년간 진행된 온난화 실험 결과에 따르면, 현재 북부 산림 남부 경계를 지배하는 나무 종의 어린 나무들이 또는 의 온난화와 그에 따른 강수량 감소에 가장 큰 피해를 입는 것으로 나타났다. 이러한 조건에서 이점을 얻을 온대 종들도 남부 북부 산림에 존재하지만, 이들은 드물고 성장 속도도 느리다.
사헬 녹화.
지구 온난화 1.5°C 특별 보고서와 IPCC 제5차 평가 보고서는 지구 온난화가 동아프리카 대부분 지역, 중앙아프리카 일부 지역, 그리고 서아프리카의 주요 우기 동안 강수량 증가를 초래할 가능성이 높다고 지적한다. 그러나 이러한 예측, 특히 서아프리카에 대한 예측에는 상당한 불확실성이 존재한다.현재 사헬 지역은 녹화되고 있지만 강수량은 20세기 중반에 도달했던 수준으로 완전히 회복되지 않았다.
2022년 연구는 다음과 같이 결론지었다: "분명히 WAM (서아프리카 몬순)과 사헬에 대한 미래 기후전환점 임계치의 존재와 그 징후는 불확실하지만, 과거의 여러 급격한 변화, 현재 모델의 알려진 약점, 그리고 막대한 지역 영향에도 불구하고 미미한 전 지구 기후 피드백을 감안할 때 우리는 사헬/WAM을 잠재적인 지역 영향 기후전환점 요소로 유지한다 (낮은 신뢰도)."
지구 온난화와 이산화 탄소 농도 증가에 대한 일부 시뮬레이션은 사헬/사하라 지역의 강수량 상당한 증가를 보여주었다. 이것과 이산화 탄소에 의해 직접 유도된 식물 성장 증가는 현재 사막 지역으로 식생이 확장되는 결과를 초래할 수 있지만, 이는 사막의 북쪽 이동, 즉 아프리카 최북단의 건조화를 동반할 수 있다.
기타 기후전환점.
산호초 고사.
전 세계적으로 약 5억 명의 사람들이 식량, 수입, 관광 및 해안 보호를 위해 산호초에 의존하고 있다. 1980년대 이후, 해수면 온도 상승으로 인해 산호 백화 현상이 대규모로 발생하고 있으며, 특히 아열대 지역에서 심각하다. 평균보다 높은 해수면 온도 상승이 지속되면 백화 현상을 일으키기에 충분하다. 열 스트레스를 받으면 산호는 조직에 사는 작고 화려한 조류를 배출하는데, 이는 산호가 하얗게 변하게 한다. 스와힐리어로 동물성 플랑크톤으로 알려진 조류는 산호와 공생 관계를 맺고 있어 조류 없이는 산호가 천천히 죽는다. 이러한 동물성 플랑크톤이 사라진 후, 산호는 해초가 지배하는 생태계로 전환될 위험이 있으며, 이는 산호가 지배하는 생태계로 되돌리기 매우 어렵게 만든다. IPCC는 온도가 산업화 이전보다 상승할 때쯤에는 "산호초는 추가로 70~90% 감소할 것으로 예상된다"고 추정하며, 세계가 온난화되면 매우 희귀해질 것이라고 말한다.
연쇄적 기후전환점.
기후 시스템의 한 부분에서 임계점을 넘어서면 다른 기후전환점 요소가 새로운 상태로 전환될 수 있다. 이러한 임계점의 연속을 연쇄적 기후전환점이라고 부르며, 이는 도미노 효과의 한 예이다. 서남극과 그린란드의 얼음 손실은 해류를 크게 변화시킬 것이다. 이 과정으로 인한 북부 고위도 지역의 지속적인 온난화는 영구동토 파괴 및 북부 숲 고사와 같은 해당 지역의 기후전환점 요소들을 활성화할 수 있다. 영구동토 해빙은 현재 대기 중에 순환하는 탄소량의 약 두 배에 달하는 탄소를 머금고 있어 위협 요소를 더욱 증폭시킨다. 그린란드의 얼음 손실은 해수면 상승을 통해 서남극 빙하를 불안정하게 만들 가능성이 높으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 특히 그린란드가 먼저 녹는다면 서남극은 따뜻한 바닷물과의 접촉에 특히 취약하기 때문이다.
기후 모델의 300만 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한 2021년 연구에 따르면, 그 시뮬레이션의 거의 3분의 1에서 온도 증가가 파리 협정이 2015년에 설정한 상한선인 로 제한되었을 때에도 도미노 효과가 발생했다고 밝혔다. 이 연구의 저자들은 기후전환점 과학이 너무 복잡하여 어떻게 전개될지에 대한 불확실성이 크다고 말했지만, 그럼에도 불구하고 연쇄적 기후전환점의 가능성이 "문명에 대한 실존적 위협"을 나타낸다고 주장했다. 네트워크 모델 분석에 따르면, 종종 예측되는 바와 같이 파리 협정 목표를 일시적으로 초과하는 기후 변화 (전 지구 온도를 일시적으로 증가시키는 것)는 기후 기후전환점 연쇄의 위험을 "비초과 시나리오에 비해 최대 72%까지" 크게 증가시킬 수 있다고 제안했다.
과거에 고려되었던 기후전환점 요소.
엘니뇨 남방진동 (ENSO)이 기후전환점 요소일 수 있다는 가능성은 과거에 주목을 받았다. 일반적으로 강한 바람은 남아메리카에서 오스트레일리아로 남태평양을 가로질러 서쪽으로 분다. 2년에서 7년마다 압력 변화로 인해 바람이 약해지고 태평양 중앙의 공기와 물이 따뜻해져 전 세계의 바람 이동 패턴에 변화를 일으킨다. 이를 엘니뇨라고 하며 일반적으로 인도, 인도네시아, 브라질에서 가뭄을, 페루에서 홍수를 증가시킨다. 2015/2016년에는 이로 인해 6천만 명 이상의 사람들에게 식량 부족이 발생했다. 엘니뇨로 인한 가뭄은 아마존의 산불 가능성을 높일 수 있다. 2016년에는 티핑 임계값이 지구 온난화의 에서 사이로 추정되었다. 티핑 후, 시스템은 서로 다른 상태 사이를 오가는 것이 아니라 더 영구적인 엘니뇨 상태가 될 것이다. 이는 지구의 과거 플라이오세에 일어났지만, 해양의 배치는 지금과는 상당히 달랐다. 현재까지 ENSO 행동 변화를 나타내는 명확한 증거는 없으며, IPCC 제6차 평가 보고서는 "ENSO가 더 따뜻한 세상에서도 연간 변동성의 지배적인 모드로 남아 있을 것이 거의 확실하다"고 결론지었다. 결과적으로 2022년 평가에서는 이를 더 이상 잠재적인 기후전환점 요소 목록에 포함하지 않는다.
인도 여름 계절풍은 이전 연구에서 돌이킬 수 없는 붕괴에 취약하다고 여겨졌던 기후 시스템의 또 다른 부분이다. 그러나 최근 연구에 따르면 온난화는 인도 계절풍을 강화하는 경향이 있으며, 미래에도 강화될 것으로 예상된다.
북극의 메테인 하이드레이트 퇴적물은 한때 급격한 해리로 인해 전 지구 온도에 큰 영향을 미 미칠 수 있는 클라스레이트 총 가설로 알려진 극적인 시나리오에 취약하다고 여겨졌다. 이후 연구에서는 메테인 하이드레이트가 온난화에 반응하는 데 수천 년이 걸린다는 사실이 밝혀졌고, 해저에서 배출되는 메테인이 수층에서 대기 중으로 이동하는 경우는 거의 없다. IPCC 제6차 평가 보고서는 "더 깊은 육상 영구동토와 해저 클라스레이트에 있는 가스 클라스레이트 (대부분 메테인)가 이번 세기 동안 배출 경로에서 감지할 수 있는 이탈로 이어질 가능성은 매우 낮다"고 명시한다.
기후의 기후전환점 행동은 수학적 용어로 설명될 수 있다. 세 가지 유형의 기후전환점이 확인되었다. 즉, 분기, 노이즈 유도 및 속도 의존성이다.
분기 유도 기후전환점.
분기 유도 티핑은 기후의 특정 매개변수 (예를 들어 환경 조건 또는 강제력의 변화)가 임계 수준을 넘어설 때 발생하며, 이 시점에서 분기가 발생하고 안정 상태였던 것이 안정성을 잃거나 단순히 사라진다. 대서양 자오선 역전 순환 (AMOC)은 분기 유도 티핑을 보일 수 있는 기후전환점 요소의 한 예이다. 이 시스템의 분기 매개변수 (물의 염분 및 온도)의 느린 변화는 순환을 붕괴로 밀어넣을 수 있다.
많은 유형의 분기가 이력을 보인다. 이는 시스템 상태가 그 역사에 의존한다는 것이다. 예를 들어, 과거에 얼마나 따뜻했는지에 따라 같은 온실가스 농도나 온도에서 극지방에 다른 양의 얼음이 있을 수 있다.
조기 경고 신호.
분기로 인해 발생하는 기후전환점의 경우, 시스템이 기후전환점 임계점에 가까워질수록 교란에 대한 탄력성이 약해지므로 시스템이 기후전환점에 가까워지고 있는지 감지할 수 있을 것이다. 이러한 시스템은 임계 감속을 보여주며, 기억력 증가(상승하는 자기상관)와 분산이 나타난다. 기후전환점 시스템의 특성에 따라 다른 유형의 조기 경고 신호가 있을 수 있다. 급격한 변화는 기후전환점의 조기 경고 신호 (EWS)가 아닌데, 이는 변화가 제어 매개변수에 대해 가역적일 때도 급격한 변화가 발생할 수 있기 때문이다.
이러한 EWS는 종종 과거의 티핑 사례를 관찰할 수 있는 퇴적물, 빙하, 나무 고리 등 고대 기록의 시계열을 사용하여 개발 및 테스트된다. AMOC 붕괴의 경우처럼 증가된 분산과 자기상관이 티핑의 전조인지 아니면 내부 변동성으로 인한 것인지 항상 말하기는 어렵다. 고대 데이터의 품질 제한은 EWS 개발을 더욱 복잡하게 만든다. 이들은 캘리포니아 숲의 가뭄으로 인한 티핑, 그리고 서남극의 파인 아일랜드 빙하의 해빙과 같은 다른 시스템들을 위해 개발되었다. 조기 경고 신호 (용융률 시계열의 증가된 자기상관 및 분산)를 사용하여 그린란드 빙상이 현재 탄력성을 잃고 있으며, 이는 빙상의 모델링된 조기 경고 신호와 일치한다는 제안이 있었다.
기후 시스템에서 인간에 의해 유발되는 변화는 너무 빨라서, 특히 관성이 있는 시스템에서는 조기 경고 신호가 명확하게 나타나지 않을 수 있다.
노이즈 유도 티핑.
노이즈 유도 티핑은 시스템의 무작위 변동 또는 내부 변동성으로 인해 한 상태에서 다른 상태로 전환되는 것이다. 노이즈 유도 전환은 분기에서 발생하는 조기 경고 신호 중 어떤 것도 보여주지 않는다. 이는 근본적인 잠재력이 변하지 않기 때문에 예측할 수 없음을 의미한다. 예측할 수 없기 때문에 이러한 발생은 종종 "x년에 한 번" 발생하는 사건으로 설명된다. 예를 들어, 지난 빙하기 동안 발생한 단스가르트-외쉬거 사건은 500년 동안 25번의 급격한 기후 변동이 발생한 그린란드와 유럽의 급격한 온난화 기간이었다.
속도 유도 기후전환점.
속도 유도 티핑은 환경 변화가 시스템을 안정 상태로 되돌리는 힘보다 빠를 때 발생한다. 예를 들어 이탄지에서는 수년간의 상대적 안정성 이후 속도 유도 티핑이 "이탄지에서 대기 중으로의 토양 탄소의 폭발적인 방출"로 이어질 수 있는데, 이는 때때로 "퇴비 폭탄 불안정성"으로 알려져 있다. AMOC도 속도 유도 티핑을 보일 수 있다. 해빙 속도가 너무 빨라지면, 시스템이 분기를 겪을 임계값에 도달하기 전에도 붕괴될 수 있다.
기후전환점은 매우 심각한 영향을 미칠 수 있다. 이는 현재 위험한 기후변화의 영향을 악화시키거나 새로운 영향을 일으킬 수 있다. 일부 잠재적 기후전환점은 인도 계절풍의 교란과 같이 수억 명의 식량 안보에 심각한 영향을 미 미치며 갑작스럽게 발생할 것이다. 다른 영향은 빙모의 해빙과 같이 더 긴 시간 척도에 걸쳐 발생할 가능성이 높다. 그린란드와 서남극의 결합된 해빙으로 인한 약 의 해수면 상승은 수세기에 걸쳐 많은 도시를 내륙으로 이동시켜야 할 것이지만, 이번 세기 해수면 상승을 가속화할 것이며, 남극 빙상 불안정성은 중간 배출 시나리오에서 1억 2천만 명 이상의 사람들을 연간 홍수에 노출시킬 것으로 예상된다. 대서양 역전 순환의 붕괴는 유럽 일부 지역에서 10도 이상의 냉각을 유발하고, 유럽, 중앙아메리카, 서아프리카, 남아시아에서 건조화를 일으키며, 북대서양에서 약 의 해수면 상승을 초래할 것이다. AMOC 붕괴의 영향은 식량 안보에 심각한 영향을 미칠 것이며, 한 예측에 따르면 대부분의 세계 지역에서 주요 작물 수확량이 감소하고, 예를 들어 영국에서는 경작 농업이 경제적으로 불가능해질 것이다. 이러한 영향은 연쇄적 기후전환점의 경우 동시에 발생할 수 있다. 지난 3만 년 동안의 급격한 변화에 대한 검토는 기후전환점이 기후, 생태 및 사회 시스템에 대한 광범위한 연쇄적 영향을 초래할 수 있음을 보여주었다. 예를 들어, 아프리카 습윤기의 급격한 종말은 연쇄 반응을 일으켜 사막화와 체제 변화로 이어져 북아프리카의 목축 사회의 후퇴와 고대 이집트의 왕조 변화를 초래했다.
일부 학자들은 임계점을 넘어서면 여러 기후전환점과 자가 강화 피드백 루프를 촉발하여 기후 안정을 막고, 훨씬 더 큰 온난화와 해수면 상승을 유발하며, 생태계, 사회, 경제에 심각한 혼란을 초래할 수 있는 임계값을 제안했다. 이 시나리오는 때때로 온실 지구 시나리오라고 불린다. 연구자들은 이 시나리오가 산업화 이전 수준보다 약 2°C를 넘는 임계점을 넘어설 때 전개될 수 있다고 제안했다. 그러나 이 시나리오의 존재와 이 임계값의 가치는 여전히 추측에 불과하며, 기후전환점이 단기적으로 훨씬 더 많은 온난화를 고정시킬지에 대한 의문이 제기되었다. 다음 10년간 내려지는 결정은 수십만 년 동안 지구의 기후에 영향을 미칠 수 있으며, 잠재적으로 현재 인류 사회에 부적합한 조건으로 이어질 수도 있다. 보고서는 또한 파리 협정에 명시된 온난화를 1.5–2.0 °C (2.7–3.6 °F)로 제한하는 목표가 달성되더라도 연쇄적 기후전환점이 촉발될 가능성이 있다고 명시한다.
지질학적 시간 척도.
지질 기록은 기후전환점이 선사시대에 넘어섰을 수 있음을 시사하는 많은 급격한 변화를 보여준다. 예를 들어, 최종 빙기 동안 발생한 단스가르트-외쉬거 사건은 그린란드와 유럽에서 수십 년 내에 급격한 온난화 (수십 년 내)가 발생한 기간이었으며, 이는 주요 해류의 급격한 변화와 관련이 있을 수 있다. 초기 홀로세의 탈빙하화 동안 해수면 상승은 완만하지 않았고, 해빙수 펄스 동안 급격히 상승했다. 북아프리카 계절풍은 아프리카 습윤기 동안 수십 년 시간 척도에서 급격한 변화를 겪었다. 15,000년에서 5,000년 전까지 지속된 이 기간도 건조한 상태로 갑자기 끝났다.
폭주 온실 효과.
폭주 온실 효과는 너무 극단적인 기후전환점으로 인해 바다가 증발하고 수증기가 우주로 탈출하여 금성에서 일어났던 돌이킬 수 없는 기후 상태가 된다. 폭주 온실 효과는 인간에 의해 발생할 가능성이 거의 없다. 지구에서 금성 같은 조건이 되려면 태양이 수십 퍼센트 더 밝아지는 큰 장기적 강제력이 필요하며, 이는 6억에서 7억 년이 걸릴 것이다.
칼싹두기는 경기도 강화 지역의 향토음식으로, 메밀 반죽을 칼로 싹둑싹둑 잘라 면을 만들었다하여 칼싹두기라는 이름이 붙었다. 칼국수와 얼핏 비슷해보이지만, 점성이 떨어지는 메밀을 이용해서 면을 만들기 때문에 면이 뚝뚝 끊어져 길이와 두께가 들쭉날쭉하고 투박하다. 멸치와 바지락으로 우린 육수에 메밀면을 썰어 넣고 끓여 고명을 올려 먹는다. 메밀면에서 나오는 구수하고 걸쭉한 국물맛이 특징으로, 감칠맛이 넘치는 자극적 음식에 익숙한 요즘 사람들의 입맛에는 밍밍하다고 느낄 수 있다. 국물맛이 심심한 편이라서 김치와 함께 먹으면 맛있는데, 강화의 다른 향토음식인 알싸한 매운 맛의 개성강한 순무김치가 잘 어울린다.
강화도와 이웃한 경기도 개풍군 출신의 소설가 고 박완서의 산문집 《호미》에서 어린 시절 가족들과 먹던 칼싹두기에 대해 아래와 같이 추억하고 있다.
주소 공간 배치 무작위화(address space layout randomization, ASLR)는 메모리 손상 취약점 공격을 방지하는 컴퓨터 보안 기술이다. 공격자가 예를 들어 메모리 내 특정 취약점 공격 함수로 코드 실행을 안정적으로 리디렉션하는 것을 방지하기 위해, ASLR은 실행 파일의 기반과 스택, 힙 및 라이브러리의 위치를 포함하여 프로세스의 주요 데이터 영역의 주소 공간 위치를 무작위로 배열한다. 커널에 적용될 때 이 기술은 커널 주소 공간 배치 무작위화(KASLR)라고 불린다.
리눅스 PaX 프로젝트는 "ASLR"이라는 용어를 처음 만들었고, 2001년 7월에 리눅스 커널용 패치로 ASLR의 첫 번째 설계와 구현을 발표했다. 이는 2002년 10월부터 커널 스택 무작위화를 위한 패치를 제공하여 완전한 구현으로 평가된다.
ASLR을 기본적으로 지원한 첫 번째 주류 운영체제는 2003년의 OpenBSD 버전 3.4였고, 그 다음으로 2005년의 리눅스였다.
주소 공간 무작위화는 공격자가 대상 주소를 예측하기 어렵게 만들어 일부 유형의 보안 공격을 방해한다. 예를 들어, Return-to-libc 공격을 실행하려는 공격자는 실행할 코드를 찾아야 하며, 스택에 삽입된 셸코드를 실행하려는 다른 공격자는 스택을 먼저 찾아야 한다. 두 경우 모두 시스템은 공격자의 관점에서 관련 메모리 주소를 예측할 수 없게 만든다. 이 값들은 추측해야 하며, 잘못된 추측은 일반적으로 애플리케이션 충돌로 인해 복구할 수 없다.
주소 공간 배치 무작위화는 공격자가 무작위로 배치된 영역의 위치를 추측할 가능성이 낮다는 점에 기반한다. 검색 공간을 늘림으로써 보안이 강화된다. 따라서 주소 공간 무작위화는 난수 오프셋에 더 많은 엔트로피가 존재할 때 더 효과적이다. 엔트로피는 무작위화가 발생하는 가상 메모리 영역 공간의 양을 늘리거나 무작위화가 발생하는 기간을 줄임으로써 증가한다. 기간은 일반적으로 가능한 한 짧게 구현되므로 대부분의 시스템은 VMA 공간 무작위화를 늘려야 한다.
무작위화를 무력화하려면 공격자는 공격하려는 모든 영역의 위치를 성공적으로 추측해야 한다. 사용자 정의 코드나 유용한 데이터를 로드할 수 있는 스택 및 힙과 같은 데이터 영역의 경우, 코드에는 NOP 슬라이드를 사용하고 데이터에는 반복 복사본을 사용하여 둘 이상의 상태를 공격할 수 있다. 이렇게 하면 영역이 몇 가지 값 중 하나로 무작위화될 경우 공격이 성공할 수 있다. 반대로 라이브러리 기반 및 주 실행 파일과 같은 코드 영역은 정확히 발견되어야 한다. 종종 이러한 영역은 혼합되어 있으며, 예를 들어 스택 프레임이 스택에 삽입되고 라이브러리가 반환된다.
다음 변수들을 선언할 수 있다:
공격자가 성공할 확률을 계산하려면 시그니처 기반 IPS, 사법 기관 또는 다른 요인에 의해 중단되지 않고 수행된 시도 횟수 를 가정해야 한다. 무차별 대입 공격의 경우 데몬을 다시 시작할 수 없다. 또한 관련 비트 수와 각 시도에서 공격되는 비트 수를 계산하여 공격자가 무력화해야 하는 비트 수를 남겨야 한다.
다음 공식은 비트 엔트로피에 대한 주어진 시도 집합의 성공 확률을 나타낸다.
많은 시스템에서 formula_14은 수천 또는 수백만이 될 수 있다. 32비트 시스템에서 일반적인 엔트로피 양 N은 8비트이다. 2004년 컴퓨터 속도 기준으로 샤참(Shacham)과 동료들은 "... 16비트 주소 무작위화는 몇 분 내에 무차별 대입 공격으로 무력화될 수 있다."고 언급했다. (저자들의 주장은 지연 없이 동일한 애플리케이션을 여러 번 공격할 수 있는 능력에 따라 달라진다. grsecurity에 포함된 ASLR의 적절한 구현은 이러한 무차별 대입 공격을 불가능하게 만드는 여러 방법을 제공한다. 한 가지 방법은 실행 파일이 특정 횟수 이상 충돌한 경우 구성 가능한 시간 동안 실행을 방지하는 것이다.) 64비트 시스템에서는 이 수치가 일반적으로 최소 수백만에 달한다.
안드로이드 및 다른 시스템들은 ASLR의 한 형태인 라이브러리 로드 순서 무작위화를 구현하며, 이는 라이브러리가 로드되는 순서를 무작위화한다. 이는 매우 적은 엔트로피를 제공한다. 필요한 라이브러리당 제공되는 엔트로피 비트 수의 근사치는 아래에 나와 있으며, 이는 다양한 라이브러리 크기를 아직 고려하지 않았으므로 실제 얻는 엔트로피는 다소 더 높다. 공격자는 일반적으로 하나의 라이브러리만 필요하다. 여러 라이브러리의 경우 계산이 더 복잡하며 아래에도 나와 있다. 공격자가 하나의 라이브러리만 사용하는 경우는 formula_15일 때 더 복잡한 공식의 단순화이다.
이 값들은 이 큰 경우에도 낮은 경향이 있는데, 가장 중요한 이유는 공격자가 일반적으로 C 표준 라이브러리만 사용할 수 있고 따라서 formula_17이라고 가정할 수 있기 때문이다. 그러나 적은 수의 라이브러리에도 불구하고 여기서 몇 비트의 엔트로피가 얻어진다. 따라서 라이브러리 로드 순서 무작위화를 VMA 주소 무작위화와 결합하여 몇 비트의 추가 엔트로피를 얻는 것은 잠재적으로 흥미롭다. 이 추가 엔트로피 비트는 다른 mmap() 세그먼트에는 적용되지 않고 라이브러리에만 적용된다.
엔트로피 감소.
공격자는 단순한 정보 유출부터 공격당 여러 비트의 엔트로피를 공격하는 것(힙 스프레이 등)까지 다양한 방법을 사용하여 무작위화된 주소 공간에 존재하는 엔트로피를 감소시킬 수 있다. 이에 대해 할 수 있는 일은 거의 없다.
포맷 문자열 취약점을 이용하여 메모리 레이아웃에 대한 정보를 유출하는 것이 가능하다. printf와 같은 포맷 문자열 함수는 작업을 수행하기 위해 가변 인수 목록을 사용한다. 포맷 지정자는 인수 목록이 어떻게 생겼는지 설명한다. 인수가 일반적으로 전달되는 방식 때문에 각 포맷 지정자는 스택 프레임의 상단에 더 가까워진다. 결국 반환 포인터와 스택 프레임 포인터를 추출할 수 있으며, 이는 취약한 라이브러리의 주소와 알려진 스택 프레임의 주소를 드러내 공격자에게 장애물이었던 라이브러리 및 스택 무작위화를 제거할 수 있다.
스택이나 힙의 엔트로피를 감소시킬 수도 있다. 스택은 일반적으로 16바이트에 정렬되어야 하므로 이것이 가능한 가장 작은 무작위화 간격이다. 반면 힙은 페이지 정렬되어야 하며, 일반적으로 4096바이트이다. 공격을 시도할 때 이러한 간격으로 중복 공격을 정렬할 수 있다. 셸코드 삽입 시 NOP 슬라이드가 사용될 수 있고, 시스템으로 반환을 시도할 때 " 문자열은 임의의 개수의 슬래시로 "로 대체될 수 있다. 제거되는 비트 수는 공격된 간격에 대해 정확히 formula_18이다.
이러한 감소는 스택이나 힙의 데이터 양에 의해 제한된다. 예를 들어, 스택은 일반적으로 로 제한되며 훨씬 적게 증가한다. 이는 최대 를 허용하지만, 더 보수적인 추정치는 4–의 스택 스터핑에 해당하는 약 8–이다. 반면 힙은 메모리 할당자의 동작에 의해 제한된다. glibc의 경우 128KB 이상의 할당은 mmap을 사용하여 생성되므로 공격자는 5비트 감소로 제한된다. 이것은 무차별 대입 공격 시에도 제한 요인이 된다. 수행할 공격 횟수는 줄어들 수 있지만, 공격 크기가 증가하여 경우에 따라 침입 탐지 시스템에 동작이 드러날 수 있다.
ASLR로 보호되는 주소는 다양한 측면 채널을 통해 유출될 수 있어 완화 유틸리티를 제거한다. 최근 공격은 CPU 분기 예측 버퍼(BTB) 또는 메모리 관리 장치(MMU) 페이지 테이블 워킹에서 유출된 정보를 사용했다. 이러한 종류의 ASLR 공격이 완화될 수 있는지는 분명하지 않다. 완화할 수 없다면 ASLR의 이점은 감소하거나 사라진다.
경험적 분석.
2024년 8월, 리눅스, macOS, 윈도우를 포함한 주요 데스크톱 플랫폼에 대한 경험적 분석 논문이 발표되었는데, 이는 다양한 프로세스, 스레드 및 시스템 재시작에 걸쳐 메모리 객체 배치 가변성을 조사한 것이다. 결과에 따르면 2024년 현재 일부 시스템(리눅스 배포판 등)은 강력한 무작위화를 제공하지만, 윈도우 및 macOS와 같은 다른 시스템은 실행 코드 및 라이브러리와 같은 주요 영역을 적절히 무작위화하지 못하는 경우가 많다. 또한 리눅스 5.18 버전 이후 라이브러리의 엔트로피가 크게 감소했음을 발견했으며, 공격자가 공격 복잡도를 크게 줄이는 데 활용할 수 있는 상관 관계 경로를 식별했다.
여러 주류 범용 운영체제가 ASLR을 구현하고 있다.
안드로이드 4.0 아이스크림 샌드위치는 메모리 관리 문제로 인한 취약점 공격으로부터 시스템 및 서드파티 애플리케이션을 보호하기 위해 주소 공간 배치 무작위화(ASLR)를 제공한다. 위치 독립 실행 파일 지원은 안드로이드 4.1에 추가되었다. 안드로이드 5.0은 비PIE 지원을 중단하고 모든 동적 링크 바이너리가 위치 독립적이어야 한다. 라이브러리 로드 순서 무작위화는 2015년 10월 26일 안드로이드 오픈 소스 프로젝트에 수용되었고, 안드로이드 7.0 릴리스에 포함되었다.
DragonFly BSD.
DragonFly BSD는 2010년에 추가된 OpenBSD 모델 기반의 ASLR을 구현하고 있다. 기본적으로 비활성화되어 있으며, sysctl vm.randomize_mmap을 1로 설정하여 활성화할 수 있다.
ASLR 지원은 FreeBSD 13.0에 등장했다. 13.2부터 기본적으로 활성화된다.
iOS (아이폰, 아이팟 터치, 아이패드).
애플은 iOS 4.3(2011년 3월 출시)에 ASLR을 도입했다.
KASLR은 iOS 6에 도입되었다. 무작위화된 커널 베이스는 이며, 여기서 은 iBoot(2단계 iOS 부트 로더)에 의해 생성된 SHA1(랜덤 데이터)의 랜덤 바이트이다.
리눅스 커널은 2005년 6월에 릴리스된 커널 버전 2.6.12부터 약한 형태의 ASLR을 기본으로 활성화했다. 리눅스 커널의 PaX 및 Exec Shield 패치셋은 더 완전한 구현을 제공한다. 리눅스용 Exec Shield 패치는 16바이트 주기의 19비트 스택 엔트로피와 4096바이트 1페이지 주기의 8비트 mmap 기반 무작위화를 제공한다. 이로 인해 스택 기반은 524,288개의 가능한 위치를 포함하는 8MB 너비의 영역에 배치되고, mmap 기반은 256개의 가능한 위치를 포함하는 1MB 너비의 영역에 배치된다.
ASLR은 `personality(2)`를 사용하여 실행 도메인을 변경함으로써 특정 프로세스에 대해 비활성화할 수 있다. 여러 sysctl 옵션이 메인라인 ASLR의 동작을 제어한다. 예를 들어, 는 무작위화할 대상을 제어하며, 가장 강력한 옵션은 2이다. 는 mmap에 대해 무작위화할 비트 수를 제어한다.
위치 독립 실행 파일 (PIE)은 메인 실행 바이너리에 대한 무작위 기반 주소를 구현하며, 2004년 4월 18일부터 적용되었다. 이는 공유 라이브러리에 사용되는 것과 동일한 주소 무작위화를 메인 실행 파일에 제공한다. PIE 기능은 동일한 실행 파일에 대해 prelink 기능과 함께 사용할 수 없다. prelink 도구는 런타임이 아닌 prelink 시간에 무작위화를 구현하는데, 이는 설계상 prelink가 동적 링커가 처리하기 전에 라이브러리 재배치를 처리하여 프로그램의 여러 실행에 대해 한 번만 재배치가 발생하도록 하는 것을 목표로 하기 때문이다. 결과적으로 실제 주소 공간 무작위화는 prelink의 목적을 무효화한다.
2014년에 마르코-기스베르트(Marco-Gisbert)와 리폴(Ripoll)은 PIE 실행 파일에 대한 리눅스 ASLR을 약화시키는 offset2lib 기술을 공개했다. 리눅스 커널은 PIE 실행 파일을 라이브러리 바로 다음에 로드한다. 결과적으로 실행 파일과 라이브러리 함수 사이에 고정된 오프셋이 존재한다. 공격자가 실행 파일 내 함수의 주소를 찾는 방법을 찾으면 라이브러리 주소도 알려지게 된다. 그들은 400번 미만의 시도로 주소를 찾는 공격을 시연했다. 그들은 실행 파일의 라이브러리 상대적 배치를 무작위화하기 위한 새로운 옵션을 제안했지만, 2024년 현재까지 업스트림에 통합되지 않았다.
2022년 5월에 릴리스된 리눅스 커널 5.18은 32비트 및 64비트 구현의 효율성을 감소시켰다. 리눅스 파일 시스템은 파일 지원 mmap에 응답하기 위해 `thp_get_unmapped_area`를 호출한다. 5.18의 변경으로 2MB보다 큰 파일은 2MB 정렬 주소를 반환하도록 하여 거대 페이지에 의해 잠재적으로 지원될 수 있도록 했다. (이전에는 증가된 정렬이 DAX(Direct Access) 매핑에만 적용되었다.) 그동안 C 라이브러리(libc)는 시간이 지남에 따라 크기가 이 2MB 임계값을 초과하게 되었고, 이로 인해 이 라이브러리들은 이전처럼 (일반적으로) 4KB 페이지 경계에 정렬되는 대신 이제 2MB 정렬되어 9비트의 엔트로피 손실이 발생했다. 32비트 리눅스의 경우 많은 배포판에서 libc 배치에 무작위화가 전혀 나타나지 않는다. 64비트 리눅스의 경우 28비트의 엔트로피가 19비트로 감소했다. 이에 대응하여 우분투는 설정을 늘렸다. 마틴 두샤(Martin Doucha)는 이 문제를 감지하기 위한 리눅스 테스트 프로젝트 테스트 케이스를 추가했다.
커널 주소 공간 배치 무작위화.
커널 주소 공간 배치 무작위화(KASLR)는 부팅 시 커널 코드 배치 위치를 무작위화하여 리눅스 커널 이미지에 대한 주소 공간 무작위화를 가능하게 한다. KASLR은 2014년 3월 30일에 릴리스된 커널 버전 3.14에서 리눅스 커널 메인라인에 병합되었다. 컴파일되면 커널의 부트 매개변수 중 하나로 을 지정하여 부팅 시 비활성화할 수 있다.
x86 프로세서에는 커널 주소를 유출할 수 있는 여러 부채널 공격이 존재한다. 2017년 말, 이러한 공격을 무력화하기 위해 커널 페이지 테이블 격리 (KPTI, 일명 KAISER)가 개발되었다. 그러나 이 방법은 분기 예측기 구조의 충돌을 이용하는 부채널 공격으로부터 보호할 수 없다.
, 세분화된 커널 주소 공간 배치 무작위화(또는 함수 단위 KASLR, FGKASLR)는 KASLR의 확장으로, 함수를 별도의 섹션에 배치하고 부팅 시 재정렬하여 함수 수준까지 무작위화하는 것을 계획하고 있다.
마이크로소프트의 윈도우 비스타 (제조 출시 2006년 11월, 일반 출시 2007년 1월) 및 이후 버전은 ASLR을 ASLR 활성화에 특별히 링크된 실행 파일 및 동적 링크 라이브러리에만 활성화한다. 호환성을 위해 다른 애플리케이션에는 기본적으로 활성화되어 있지 않다. 일반적으로 오래된 소프트웨어만 호환되지 않으며, 레지스트리 항목 를 편집하거나, 마이크로소프트의 EMET을 설치하여 ASLR을 완전히 활성화할 수 있다.
힙, 스택, 프로세스 환경 블록, 그리고 Win32 스레드 정보 블록의 위치도 무작위화된다. 시만텍의 보안 백서에 따르면 32비트 윈도우 비스타의 ASLR은 예상만큼 강력하지 않을 수 있으며, 마이크로소프트는 구현상의 약점을 인정했다.
WehnTrust 및 Ozone과 같은 호스트 기반 침입 차단 시스템도 윈도우 XP 및 윈도우 서버 2003 운영체제에 ASLR을 제공한다. WehnTrust는 오픈 소스이다. Ozone의 구현에 대한 완전한 세부 정보는 제공되지 않는다.
2012년 2월에 윈도우 8 이전의 32비트 윈도우 시스템에서 ASLR의 효과가 메모리 부족 상황에서 감소될 수 있다는 점이 지적되었다. 비슷한 효과가 동일한 연구에서 리눅스에서도 달성되었다. 테스트 코드는 Mac OS X 10.7.3 시스템에서 커널 패닉을 일으켰으므로 이 시나리오에서의 ASLR 동작은 불분명하게 남았다.
사용자 영역의 ASLR 지원은 NetBSD 5.0(2009년 4월 릴리스)에 나타났으며, 2016년 4월 NetBSD-current에서 기본으로 활성화되었다.
amd64의 커널 ASLR 지원은 2017년 10월 NetBSD-current에 추가되어, NetBSD는 KASLR을 지원하는 최초의 BSD 시스템이 되었다.
2003년, OpenBSD는 강력한 형태의 ASLR을 지원하고 기본적으로 활성화한 최초의 주류 운영체제가 되었다.
OpenBSD는 PIE 바이너리 지원을 추가하여 2008년에 ASLR 지원을 완료했다. OpenBSD 4.4의 malloc(3)은 OpenBSD의 `mmap` 시스템 호출의 일부로 구현된 ASLR 및 갭 페이지 기능을 활용하여 보안을 향상시키고 use-after-free 버그를 감지하도록 설계되었다. 2013년에 릴리스된 OpenBSD 5.3은 여러 하드웨어 플랫폼에서 기본적으로 위치 독립 실행 파일을 활성화한 최초의 주류 운영체제였으며, OpenBSD 5.7은 기본적으로 위치 독립 정적 바이너리(Static-PIE)를 활성화했다.
맥 OS X 레퍼드 10.5(2007년 10월 릴리스)에서 애플은 시스템 라이브러리에 대한 무작위화를 도입했다.
맥 OS X 라이언 10.7(2011년 7월 릴리스)에서 애플은 "모든 애플리케이션에 대해 주소 공간 배치 무작위화(ASLR)가 향상되었습니다. 이제 32비트 앱에도 (힙 메모리 보호와 함께) 사용할 수 있어 64비트 및 32비트 애플리케이션 모두 공격에 더욱 강력해졌습니다."라고 밝히며 구현을 모든 애플리케이션으로 확장했다.
OS X 마운틴 라이언 10.8(2012년 7월 릴리스)부터는 커널, kext 및 영역을 포함한 전체 시스템이 시스템 부팅 중에 무작위로 재배치된다.
ASLR은 솔라리스 11.1 (2012년 10월 릴리스)부터 솔라리스에 도입되었다. 솔라리스 11.1의 ASLR은 시스템 전체, 존별, 또는 바이너리별로 설정할 수 있다.
취약점 공격.
분기 예측 버퍼를 활용한 부채널 공격이 ASLR 보호를 우회하는 것으로 시연되었다. 2017년에는 자바스크립트를 사용하여 웹 브라우저에서 ASLR을 무력화할 수 있는 "ASLR⊕Cache"라는 공격이 시연되었다.
초크랄스키법(Czochralski method) 또는 초크랄스키 공정(Czochralski process)은 단결정 (모노크리스탈)을 얻는 데 사용되는 결정 성장 방법이다. 반도체 (예: 규소, 저마늄, 비소화 갈륨), 금속 (예: 팔라듐, 백금, 은, 금), 염 및 합성 보석에 사용된다. 이 방법은 금속의 결정화 속도를 조사하던 중 1915년에 이 방법을 발명한 폴란드 과학자 얀 초크랄스키의 이름을 따서 명명되었다. 그는 우연히 이 발견을 했는데, 펜을 잉크병에 담그는 대신 녹은 주석에 담그어 주석 필라멘트를 만들었고, 이것이 나중에 단결정임이 밝혀졌다. 오늘날 모든 반도체 장치의 약 90%가 이 방법으로 얻은 재료를 사용하기 때문에 이 공정은 경제적으로 중요하다.
가장 중요한 응용 분야는 집적 회로와 같은 반도체 소자를 만드는 데 전자 산업에서 사용되는 대형 원통형 주괴 또는 볼의 단결정 실리콘을 성장시키는 것이다. 비소화 갈륨과 같은 다른 반도체도 이 방법으로 성장시킬 수 있지만, 이 경우 브리지만-스톡바거법의 변형을 사용하면 결함 밀도가 더 낮아질 수 있다. 탄화 규소와 같은 다른 반도체는 물리 증기 수송과 같은 다른 방법을 사용하여 성장시킨다.
이 방법은 금속 또는 준금속 결정 생산에만 국한되지 않는다. 예를 들어, 입자 물리학 실험에 사용하기 위해 동위원소 조성이 제어된 재료를 포함하여 매우 고순도의 염 결정을 제조하는 데 사용되며, 제조 과정에서 혼란을 야기하는 금속 이온과 흡수된 물에 대한 엄격한 제어(10억분의 1 측정)가 이루어진다.
초기 개발 (1915-1930년대).
얀 초크랄스키는 1916년 독일 아에게에서 금속의 결정화 속도를 연구하던 중 자신의 방법을 발명했다. 1918년에 처음 보고된 그의 기술은 용융물에서 물질을 인출하여 단결정을 성장시키는 기초를 형성했다. 1923년까지 이 방법의 수정은 주로 베를린 기반 그룹에 국한되었다.
그 직후인 1925년, 아이오와 대학교의 E.P.T. 틴달 그룹은 초크랄스키법을 사용하여 거의 10년 동안 아연 결정을 성장시켰다. 이 초기 결정은 최대 직경 약 3.5mm, 길이 최대 35cm에 달했다.
기본 공정의 개발은 1937년 벨 전화 연구소의 헨리 월터에 의해 완료되었다. 월터는 열 비대칭을 보상하는 기술인 결정 회전을 도입하고 조절 가능한 가스 흐름을 통해 동적 냉각 제어를 구현했다. 그의 혁신은 결정 모양과 직경에 대한 정밀한 제어를 가능하게 했고, 염화나트륨과 같은 고융점 재료를 포함한 진정한 벌크 결정의 첫 성장을 허용했다. 월터의 작업은 현대 초크랄스키 공정의 토대를 마련했다.
제2차 세계 대전 후 재활 (1940년대-1950년대).
제2차 세계 대전 이후 반도체의 전략적 중요성으로 인해 당시 벨 연구소에 근무하던 고든 키드 틸은 단결정 성장을 위해 초크랄스키법을 부활시켰다. 1950년대 초, 트랜지스터 기술의 새로운 수요를 충족시키기 위해 고품질의 저마늄 결정이 성장되었고, 곧이어 규소 결정이 생산되었다. 이 재부상은 미국에서 이 기술의 사용이 급속히 확대되는 시작을 알렸다.
전 세계적 확산 및 공정 개선 (1950년대 후반-현재).
초크랄스키법의 채택은 1950년대 후반에 국제적으로 확대되었다. 유럽에서는 독일이 1952년에 반도체 결정에 이 기술을 사용했으며, 1953년 프랑스, 1956년 영국과 러시아, 1957년 체코, 그리고 마침내 1959년 스위스와 네덜란스가 뒤를 이었다. 일본에서는 1959년에 이 기술이 사용되기 시작했으며, 1960년대 동안 그 응용과 기술 개선이 가속화되었다.
이 기간 동안 초크랄스키법을 더욱 개선한 몇 가지 주요 공정 수정이 도입되었다. • 핫월 기술 (약 1956년)은 용융물에서의 증발 손실을 줄였다. • 연속 용융 공급 방법 (약 1956년)은 용융물 조성을 안정화했다. • 액체 밀봉 초크랄스키(LEC) 기술 (1962년 도입)은 휘발성 성분의 증발을 억제하여 화합물 반도체 결정의 성장을 가능하게 했다. • 결정 또는 도가니 무게 측정을 이용한 자동 직경 제어 (1972-73년 도입)는 결정 치수의 보다 정밀한 조절을 가능하게 했다.
이러한 혁신은 초크랄스키 공정의 다용성을 확장하여 다양한 재료에 걸쳐 고품질 단결정의 산업 규모 생산을 위한 길을 열었다.
초크랄스키법으로 성장시킨 단결정 실리콘 (단결정-Si)은 종종 단결정 초크랄스키 규소 (Cz-Si)라고 불린다. 이것은 컴퓨터, TV, 휴대폰 및 모든 유형의 전자 장비와 반도체 소자에 사용되는 집적 회로 생산의 기본 재료이다. 단결정 규소는 또한 태양광 산업에서 재래식 단결정-Si 태양 전지 생산을 위해 대량으로 사용된다. 거의 완벽한 결정 구조는 규소에 대해 가장 높은 빛-전기 변환 효율을 제공한다.
초크랄스키 공정의 사용은 반도체 재료에만 국한되지 않는다. 고품질 광학 결정 및 합성 보석 성장에도 광범위하게 활용된다. 이 방법은 다양한 광학 응용 분야에 적합한 크고 고순도의 결정을 생산할 수 있게 한다. 예를 들어, 알렉산드라이트의 일종인 합성 금록석은 일반적으로 이 기술을 사용하여 생산된다. 또한, 합성 사파이어 (강옥)도 초크랄스키 공정을 통해 자주 성장된다. 게다가 인공 석류석인 이트륨 알루미늄 석류석 (YAG)도 이 방법으로 합성되었다. YAG 결정은 다이아몬드 대체물로 그리고 다양한 광학 응용 분야에서 사용되며, 이 공정이 크고 고순도의 결정을 생산하는 능력에서 이점을 얻는다.
초크랄스키 규소 생산.
반도체 등급의 규소(불순물이 백만분의 몇에 불과함)는 일반적으로 고순도 석영으로 만들어진 도가니에서 로 녹인다. 도가니에는 고순도 폴리실리콘으로 구성된 충전물이 담긴다. 붕소 또는 인과 같은 도펀트 불순물 원자는 정확한 양으로 녹은 규소에 첨가되어 규소를 도핑하여 서로 다른 전자적 특성을 가진 p형 또는 n형 규소로 바꿀 수 있다. 정밀하게 정렬된 막대 장착 씨앗 결정이 녹은 규소에 담긴다. 씨앗 결정의 막대는 천천히 위로 당겨지고 동시에 회전한다. 온도 기울기, 당기는 속도 및 회전 속도를 정밀하게 제어함으로써 녹은 물질에서 크고 단일 결정의 원통형 주괴를 추출할 수 있다. 결정 성장 과정 중 온도 및 속도장을 조사하고 시각화함으로써 용융물에서 원치 않는 불안정성의 발생을 피할 수 있다. 이 과정은 일반적으로 아르곤과 같은 비반응성 기체 분위기에서 석영과 같은 비반응성 챔버에서 수행된다. 석영 도가니는 일반적으로 배치 공정이라고 알려진 단일 주괴가 생산된 후 공정이 종료되면 폐기되지만, 이 과정을 지속적으로 수행할 수도 있고 자기장을 적용하여 수행할 수도 있다.
결정 크기.