29.09.2020

Две атаки на механизм предсказания каналов кэша в процессорах AMD


Группа исследователей из Грацского технического университета (Австрия), ранее известная разработкой методов атак MDS, NetSpectre, Throwhammer и ZombieLoad, провела исследование специфичных для процессоров AMD аппаратных оптимизаций и разработала два новых метода атак по сторонним каналам, манипулирующих утечками данных в процессе работы механизма предсказания каналов кэша первого уровня процессоров AMD. Методы могут использоваться для снижения эффективности защиты ASLR, восстановления ключей в уязвимых реализациях AES и повышения эффективности атаки Spectre.

Проблемы выявлены в реализации механизма предсказания канала (way predictor) в кэше данных первого уровня CPU (L1D), используемого для предсказания в каком канале кэша отражён определённый физический адрес памяти. Указанная оптимизация на основе привязки к μ-тегам позволяет процессору ограничиваться обращением только к предсказанному каналу, что существенно снижает потребление энергии CPU.

В ходе обратного инжиниринга реализации системы предсказания канала в различных поколениях процессоров AMD, выпускаемых с 2011 по 2019 год, выявлены две новые техники атак по сторонним каналам:

  • Collide+Probe — даёт возможность атакующему отслеживать обращение к памяти для процессов, выполняемых на том же логическом ядре CPU, без знания физических адресов и не используя разделяемую память.
  • Load+Reload — позволяет очень точно определять следы доступа к памяти на том же физическом ядре CPU. Несмотря на то, что атака зависит от разделяемой памяти, она не приводит к сбросу линий кэша, что даёт возможность проведения скрытых атак, не вытесняющих данные из кэша последнего уровня.

На основе указанных техник исследователями продемонстрировано несколько сценариев атаки по сторонним каналам:

  • Показана возможность использования методов для организации скрытого косвенного канала связи между двумя процессами, позволяющего передавать данные на скорости до 588 кB в секунду.
  • Используя коллизии в μTag удалось добиться сокращения энтропии для разных вариантов ASLR (Address Space Layout Randomization) и обойти защиту ASLR в ядре на полностью обновлённой Linux-системе. Показана возможность совершения атаки по снижению энтропии ASLR как из пользовательских приложений, так и при помощи выполняемого в sandbox-окружении JavaScript-кода и кода, запущенного в другом гостевом окружении.

  • На базе метода Collide+Probe реализована атака по восстановлению ключа шифрования из уязвимой реализации (на основе T-table) шифрования AES.
  • Применив метод Collide+Probe в качестве канала для получения данных в ходе атаки Spectre удалось извлечь закрытые данные из ядра, не используя разделяемую память.

Уязвимость проявляется на процессорах AMD на базе микроархитектур Bulldozer, Piledriver, Steamroller, Zen (Ryzen, Epic), Zen+ и Zen2. Компания AMD была уведомлена о проблеме 23 августа 2019 года, но пока не выпустила отчёт с информацией о блокировании уязвимости. По данным исследователей проблему можно блокировать на уровне обновления микрокода через предоставление MSR-битов для выборочного отключения системы предсказания канала, по аналогии с тем, как поступила компания Intel для управления отключением механизмов предсказания переходов.

Источник: https://www.opennet.ru/opennews/art.shtml?num=52501

Добавить комментарий