DDR4 паметните чипове остават уязвими на атаки RowHammer, въпреки добавената защита

Група изследователи от Свободния университет в Амстердам, Швейцарската висша техническа школа в Цюрих и компанията Qualcomm проведоха изследване на ефективността на защитата, приложена в съвременните DDR4 паметни чипове срещу атаки от клас RowHammer, позволяващи промяна на съдържанието на отделни битове динамична оперативна памет (DRAM). Резултатите бяха незадоволителни и чиповете DDR4 на основните производители все още остават уязвими (CVE-2020-10255).

Уязвимостта RowHammer позволява изкривяване на съдържанието на отделни битове памет чрез циклично четене на данни от съседни клетки. Тъй като DRAM паметта представлява двумерен масив от клетки, всяка от които се състои от кондензатор и транзистор, изпълнението на непрекъснато четене на една и съща зона на паметта води до флуктуации на напрежението и аномалии, причиняващи малка загуба на заряд в съседните клетки. Ако интензивността на четене е достатъчно голяма, клетката може да загуби достатъчно количество заряд и следващият цикъл на регенерация няма да успее да възстанови първоначалното й състояние, което ще доведе до промяна на стойността на данните, съхранявани в клетката.

За блокиране на подобен ефект в съвременните DDR4 чипове се прилага технологията TRR (Target Row Refresh), предназначена да предотврати изкривяването на клетките при провеждане на атака RowHammer. Проблемът е, че няма единен подход към реализацията на TRR и всеки производител на CPU и памет трактува TRR по свой начин, прилага свои собствени варианти на защита и не разкрива детайлите на реализацията.
Изучаването на методите, прилагани от производителите за блокиране на RowHammer, позволи лесно да се намерят начини за заобикаляне на защитата. При проверката стана ясно, че практикуваният от производителите принцип „сигурност чрез неяснота (security by obscurity) при реализацията на TRR помага само за защита в частни случаи, обхващащи типични атаки, манипулиращи промените на заряда в клетки в една или две съседни редици.

Разработен инструмент от изследователи, който позволява да се провери податливостта на чиповете на многостранни варианти на атака RowHammer, при които опитът за влияние върху заряда се извършва едновременно за няколко реда от паметта. Подобни атаки позволяват заобикаляне на защитата TRR, реализирана от някои производители, и водят до изкривяване на битовете в паметта дори на ново оборудване с DDR4 памет.
От 42 проучени DIMM модула, 13 модула се оказаха уязвими на нестандартни варианти на атаката RowHammer, въпреки обявената защита. Проблемните модули са произведени от производителите SK Hynix, Micron и Samsung, чиято продукция обхваща 95% от пазара на DRAM.

Освен DDR4, бяха проучени и използваните в мобилни устройства чипове LPDDR4, които също се оказаха чувствителни към разширените варианти на атаката RowHammer. По-специално, проблемната памет е използвана в смартфоните Google Pixel, Google Pixel 3, LG G7, OnePlus 7 и Samsung Galaxy S10.

Изследователите успяха да възпроизведат на проблемните чипове DDR4 няколко техники на експлоатация. Например, използването на RowHammer-експлойт за PTE (Page Table Entries) изискваше за получаване на привилегия на ядрото провеждане на атака от 2.3 секунди до три часа и петнадесет секунди, в зависимост от тестваните чипове. Атака по повреждане на съхранявания в паметта открит ключ RSA-2048 отне от 74.6 секунди до 39 минути и 28 секунди. Атака на заобикаляне на проверката на правомощията чрез модификация на паметта на процеса sudo отне 54 минути и 16 секунди.

За проверка на използваните от потребителите чипове памет DDR4 е публикуван инструмент TRRespass. За успешното провеждане на атака е нужна информация за физическите адреси, използвани в контролера на паметта, свързани с банките и редовете на клетките в паметта. За определянето на разположението е допълнително разработен инструмент drama, който изисква стартиране с права root. В близко бъдеще също се предвижда ще бъде публикувано приложение за тестване на паметта на смартфони.

Компании Intel и AMD Препоръчва се за защита да се използва памет с корекция на грешки (ECC), контролери за памет с поддръжка на Maximum Activate Count (MAC) и да се прилага увеличена честота на регенерация. Изследователите обаче смятат, че за вече пуснатите чипове няма решение за гарантирана защита от Rowhammer, а прилагането на ECC и увеличаването на честотата на регенерация на паметта се оказаха неефективни. Например, вече беше предложен метод за атаки на DRAM памет в обход на защитата ECC, а също така е показана възможността за изпълнение на атака на DRAM чрез локалната мрежа, от гостовата система и с помощта на за изпълнение на JavaScript в браузъра.

Източник: opennet.ru