Аппаратная уязвимость в процессорах Intel | Блог Касперского

[KL FC Bot]

Исследователи из американского Университета штата Мэриленд и китайского Университета Циньхуа опубликовали научную работу, в которой описан новый метод атаки по сторонним каналам (side-channel attack), использующий ранее неизвестную аппаратную уязвимость в процессорах Intel. Хотя уязвимость предположительно затрагивает и самые свежие процессоры этой компании, наиболее эффективно она позволяет атаковать более старые модели, подверженные также и уязвимости Meltdown. Данное исследование, возможно, представляло бы чисто научный интерес, если бы не одна особенность: кража секретной информации в ходе атаки происходит через изменение данных в регистре флагов.

Можно попроще?

Активное исследование аппаратных процессорных уязвимостей, связанных со спекулятивным выполнением инструкций, ведется уже больше пяти лет. Максимально упрощая, все предложенные атаки можно описать следующим образом: мы каким-то образом заставляем процессор считать данные, к которым не имеем доступа. Представьте себе такой теоретический сценарий. У программы атакующего нет доступа к ключу шифрования, с помощью которого защищены важные данные. Если дать процессору инструкцию «считай ключ шифрования по такому-то адресу», она не будет выполнена. На помощь приходит технология спекулятивного выполнения инструкций: одна из важных функций современных процессоров, используемая почти три десятилетия. Для ускорения работы процессор не ждет окончания выполнения одной инструкции, а параллельно выполняет следующую.

Если первая инструкция проверяет права доступа к секретной информации, она, по идее, не должна позволить выполнять следующую команду на считывание этой информации. Но уже поздно: следующая инструкция выполнена спекулятивно. Важный момент: мы все еще не имеем доступа к этим данным, но процессор уже имеет. В известных уязвимостях типа Spectre данные временно загружаются в кэш-память процессора, считать информацию из которой просто так нельзя. Но можно делать это по сторонним каналам. Например: много раз выполнять какую-то инструкцию, время обработки которой меняется в зависимости от данных в кэш-памяти. Если повторить такую операцию много (тысяч!) раз, можно восстановить данные, просто наблюдая за тем, как быстро или медленно выполняется какая-то вроде бы безобидная команда.

Мы понимаем, что это так называемое «простое» описание уже звучит достаточно сложно. Новая работа еще сложнее: авторы решили не тратить время на подробное описание атаки. В целом она вся показана на этой схеме:

Схема атаки с выводом секретных данных через состояние регистра EFLAGS. Источник

Давайте попробуем разобраться. EFLAGS — это регистр флагов в процессоре Intel, который отслеживает состояние работы процессора. В нем может сохраняться результат вычислений, в частности если он равен нулю (так называемый Zero Flag или ZF). Дальше происходит магия: представьте, что ваш коллега загадал число от 1 до 10. Вы по очереди называете ему все числа от 1 до 10, но он не хочет делиться с вами правильным ответом и на каждый из вариантов говорит слово «хризантема». Но когда вы называете правильное число, он говорит «хризантема» чуть позже, чем в других случаях!

Примерно так и происходит в процессе новой атаки: мы проводим множество вычислений с секретными данными. Все эти вычисления выполняются спекулятивно. Результат записывается в флаг ZF (равен или не равен нулю). Мы даже не можем напрямую узнать состояние этого флага. Но затем мы выполняем, в общем, довольно бесполезную команду из состава инструкций JCC (а именно команду JZ: «переход, если результат равен нулю»), которая выполняется чуть медленнее, если мы угадали! Именно это промедление, задержка с ответом, которую можно измерить, и является уязвимостью.

 

View the full article