Training Solo — нови варианти на атака Spectre-v2, засегнали CPU Intel

Група изследователи от Свободния университет в Амстердам разкриха няколко нови уязвимости от клас Spectre-v2, публикувани под кодовото име Training Solo и позволяващи заобикаляне на механизмите за изолация на паметта. В контекста на виртуализационните системи, уязвимостите дават възможност да се определят съдържанието на паметта на хост средата от гостуващи системи, а в контекста на сървърите — да се определи съдържанието на паметта на ядрото при изпълнение на експлоити в потребителското пространство. Примери за експлойти за извършване на подобни атаки са публикувани на GitHub. Представените експлоити позволяват извличането на произволни данни от паметта на ядрото със скорост от 17 KB/сек, а от паметта на хипервизора — 8.5 KB/сек.

При атаките от клас Spectre-v2 за организиране на течове на данни се използва подмяна на стойности в буфера за адреси на клоновете (Branch Target Buffer) или буфера с история на преходите (Branch History Buffer), използвани за предсказване на следващата операция на клон. Чрез манипулации с историята на преходите се създават условия за неправилно предсказване на преходите при спекулативно изпълнение на инструкциите. Задачата на атакуващия е, при изпълнение на спекулативната операция на клона, адресът за преход да бъде взет от желаната област на паметта. След извършване на спекулативния преход, в кеша на процесора остава прочетен от паметта адрес на прехода (под формата на адреса се прочитат необходимите на атакуващия данни от паметта). За извличане на информация от кеша може да се приложи един от методите за определяне на съдържанието на кеша на базата на анализа на времето за достъп до кешираните и некешираните данни.

Методите на атака Training Solo са насочени към заобикаляне на механизмите за изолация на екзекуционните области (domain isolation), като IBPB, eIBRS и BHI_NO, използвани за блокиране на атаките от клас Spectre-v2. Например, инструкцията IBPB (Indirect Branch Prediction Barriers) осигурява нулиране на състоянието на блока за предсказване на преходите при всяко превключване на контекста — при предаване на управлението между потребителското пространство и ядрото или между гостуваща система и хост среда. Нулирането на състоянието блокира възможността за използване на собствен код за влияние върху поведението на блока за предсказване на индиректни преходи.

Разликите в методите Training Solo са, че вместо да стартиране на код, контролирани от атакуващия за влияние върху блока за предсказание на преходи, се предлага да се използва код, който вече съществува в привилегированата зона на изпълнение (ядро или хипервизор), достъп до който атакуващият търси. В останалата част методите наподобяват класическата атака Spectre-v2. Освен това изследователите установиха два хардуерни проблема (CVE-2024-28956 и CVE-2025-24495), които позволяват пълно заобикаляне на изолацията на зоните на изпълнение и реализиране на течове от процеси на други потребители, други хоствани системи или хост околна среда.

Предложени са три вида атаки Training Solo:

• Изкривяване на логиката на предсказание на преходите чрез извикване на вече съществуващи в ядрото последователности от команди (гаджети), които влияят на съдържанието на буфера с история на преходите. Като такива гаджети, се предлага да се използва механизмът за ограничаване на достъпа до системни повиквания SECCOMP, който позволява, чрез подмяна на собствени BPF филтри, да се постигне фалшив непряк преход в спекулативен режим (филтрите в SECCOMP се задават с класически cBPF, включен по подразбиране, за разлика от eBPF). При тестване на CPU Intel Tiger Lake и Lion Cove скоростта на течовете с този метод е била 1.7KB/сек.
• Използване на IP колизии (Instruction Pointer) в блока за предсказание на преходи. Атакуващият може да създаде условия, при които адресът за спекулативния преход ще бъде избран единствено на базата на вече съществуващия в буфера адрес на прехода, без да се отчита историята на преходите. Идеята е, че една операция на непряк преход може да влияе на друга, ако възникне колизия при съхранение на хешовете на техните адреси в BTB (Branch Target Buffer).
• Използване на влиянието на директни преходи върху предсказанието на непреки преходи. Такова поведение е предизвикано от два хардуерни уязвимости: CVE-2024-28956 — ITS (Indirect Target Selection) и CVE-2025-24495 — проблем в CPU Intel с ядра Lion Cove. Скоростта на течове на данни от паметта с този метод е била 17 KB/сек. В демонстрираната експлоатация за определяне на хеша на паролата на потребителя root, запазена в паметта след изпълнението на командата „passwd -s“, е отнело 60 секунди.

Атаката, която изкривява буфера с история на преходите, засяга всички CPU Intel, които поддържат механизма eIBRS, включително CPU Intel Coffee Lake и Lion Cove. За да блокира уязвимостта, компания Intel пусна актуализация на микрокода с внедряване на новата инструкция IBHF (Indirect Branch History Fence), която следва да се указва след кода, оказващ влияние на буфера с история на преходите. За по-старите CPU Intel е предложен софтуерен метод за изчистване на историята на преходите. В ядрото на Linux е прието изменение, което добавя софтуерен и хардуерен защитата от атаки, реализирани с използване на cBPF. Компания AMD заяви, че методът на атака не важи за нейните CPU. Компания ARM съобщи, че проблемът засяга само стари процесори ARM, уязвими на атаки Spectre-v2 и които не поддържат разширенията FEAT_CSV2_3 и FEAT_CLRBHB.

Уязвимостта Indirect Target Selection (ITS, CVE-2024-28956) засяга CPU Intel Core от 9-11 поколение (Cascade Lake, Cooper Lake, Whiskey Lake V, Coffee Lake R, Comet Lake, Ice Lake, Tiger Lake и Rocket Lake) и Intel Xeon от 2-3 поколение. Уязвимостта CVE-2025-24495 се проявява в CPU, базирани на микроархитектури Lunar Lake и Arrow Lake. Проблемите са отстранени в актуализацията на микрокода от вчера. В ядрото на Linux е прието изменение, което блокира проблема чрез прехвърляне на косвени преходи в горната част на кеш реда.

Източник: opennet.ru