Атака срещу Intel SGX, позволяваща извличане на конфиденциални данни или изпълнение на код в анклав.

Изследователи от Оборонния научно-технически университет на Народно-освободителната армия на Китай, Националния университет на Сингапур и Швейцарската висша техническа школа в Цюрих разработиха нов метод за атака на изолирани анклави на Intel SGX (Software Guard eXtensions). Атаката е наречена SmashEx и е предизвикана от проблеми с реентерабилността при обработка на изключителни ситуации по време на работа на runtime-компонентите за Intel SGX. Предложеният метод на атака позволява, при наличие на контрол върху операционната система, да се идентифицират конфиденциални данни, разположени в анклава, или да се организира копиране на собствения код в паметта на анклава и неговото изпълнение.

Прототипи на експлойти са подготвени за анклави с runtime на база Intel SGX SDK (CVE-2021-0186) и Microsoft Open Enclave (CVE-2021-33767). В първия случай е демонстрирана възможността за извличане на RSA-ключа, използван на уеб-сервер за HTTPS, а във втория е успяно идентифицирано съдържанието, получено чрез утилитата cURL, стартирана вътре в анклава. Уязвимостта вече е отстранена софтуерно в версиите на Intel SGX SDK 2.13 и Open Enclave 0.17.1. Освен пакетите Intel SGX SDK и Microsoft Open Enclave, уязвимостта се проявява и в SDK на Google Asylo, EdgelessRT, Apache Teaclave, Rust SGX SDK, SGX-LKL, CoSMIX и Veracruz.

Напомняме, че технологията SGX (Software Guard Extensions) се появи в процесорите Intel Core шесто поколение (Skylake) и предлага серия инструкции, позволяващи на приложенията на потребителско ниво да отделят закрити области памет — анклави, чийто съдържание не може да бъде прочетено и променяно дори от ядрото и кода, изпълняван в режимите ring0, SMM и VMM. Предаване на управлението на кода в анклава не може да стане чрез традиционните функции за преход и манипулации с регистрите и стека — за предаване на управлението в анклав се използват специално създадени нови инструкции EENTER, EEXIT и ERESUME, които извършват проверка на пълномощията. В същото време кодът, поставен в анклава, може да използва класически методи за извикване за достъп до функции вътре в анклава и специална инструкция за извикване на външни функции. За защита от хардуерни атаки, като свързване с DRAM модула, се използва криптиране на паметта на анклава.

Проблемата е свързана с факта, че технологията SGX позволява на операционната система да прекъсне изпълнението на анклава чрез генериране на хардуерно изключение, а в анклаaved не са реализирани правилно примитиви за атомарна обработка на подобни изключения. За разлика от ядрото на операционната система и обикновените приложения, кодът в анклаaved не разполага с достъп до примитиви за организиране на атомарни действия по време на обработка на асинхронно възникващи изключения. Без споменатите атомарни примитиви анклавът може да бъде прекъснат по всяко време и да бъде върнат обратно на изпълнение, дори в моменти, когато в анклава се изпълняват критични секции и той е в небезопасно състояние (например, когато регистрите на CPU не са запазени/възстановени).

За нормалното функциониране технологията SGX позволява прекъсване на изпълнението на анклава чрез настраиваеми хардуерни изключения. Тази характеристика позволява на runtime средите на анклавите да реализират обработка на вътрешноанклавни изключения или обработка на сигнали, но също така може да провокира грешки на реентерабилност. Атаката SmashEx се основава на експлоатацията на недоработки в SDK, поради които ситуацията на повторно повикване на обработчика на изключение не се обработва правилно. Важно е, че за експлоатацията на уязвимостта атакуващият трябва да има възможност да прекъсне изпълнението на анклава, т.е. трябва да контролира работата на системното обкръжение.

След генерирането на изключение атакуващият получава малък времеви прозорец, в който може да прихване потока на изпълнението чрез манипулация с входните параметри. В частност, при наличие на достъп до системата (окръжение извън анклава), може да бъде създадено ново изключение веднага след изпълнението на инструкцията за вход в анклава (EENTER), което ще доведе до връщане на управлението на системата на етап, когато настройката на стека за анклава все още не е завършена, в който се запазва състоянието на регистрите на CPU.

Системата след това може да върне контрола обратно в енклава, но тъй като стекът на енклава не е бил конфигуриран по време на прекъсването, енклавът ще се изпълнява със стека, който се намира в паметта на системата, което може да се използва за приложение на методи за експлоиране, основани на програмно ориентирано върнати операции (ROP — Return-Oriented Programming). При прилагането на ROP техниката атакуващият не се опитва да постави своя код в паметта, а работи с вече наличните в заредените библиотеки парчета машинни инструкции, завършващи с инструкции за връщане на контрола (обикновено това са краят на библиотечни функции). Работата на експлоита се свежда до изграждане на верига от повиквания на подобни блокове („гаджети“) за получаване на необходимата функционалност.

Източник: opennet.ru