🥇Организиране на ефективни времеви атаки с помощта на HTTP/2 и WPA3

Новата методика за хакване преодолява проблема с "джитъра" на мрежата, който може да повлияе на успешността на атаките на странични канали.

Новата методика, разработена от изследователи на Университета в Льовен (Белгия) и Нюйоркския университет в Абу Даби, показа, че злонамерени лица могат да използват особеностите на мрежовите протоколи за организиране на изтичане на конфиденциална информация.

Тази методика, наречена Timeless Timing Attacks, демонстрирана тази година на конференцията Usenix, използва особеностите на обработката на едновременни заявки от мрежовите протоколи, за да реши един от проблемите на дистанционните атаки по времето по странични канали.

Проблеми с дистанционните атаки по времето

При реализация на атаките по времето, злонамерените лица измерват различията в времето за изпълнение на различни команди, опитвайки се да преодолеят защитата, осигурена от шифроването, и да получат данни за конфиденциална информация, например, за шифриращи ключове, лична кореспонденция и поведение на потребителите при уеб сърфиране.

Но за успешното реализиране на атаките по времето, атакуващият трябва да има точно знание за времето, необходимо на атакуваното приложение за обработка на заявката.

Това става проблем при атакуване на такива дистанционни системи, като уеб сървъри, тъй като забавянето в мрежата (джитър) води до разпределение на времето за отговор, което затруднява изчисляването на времето за обработка.

В процеса на дистанционни атаки по времето нападателите обикновено изпращат всяка команда няколко пъти и извършват статистически анализ на времето за отговор, за да намалят влиянието на джитъра на мрежата. Но този метод е полезен само до известна степен.

"Колкото по-малка е разликата в времето, толкова повече запитвания са необходими, и в определен момент изчисляването става невъзможно", разказва ни изследовательят на системите за защита на данни и главен автор на статията за новия вид атаки Том Ван Гьотем.

"Вневременна" атака по времето

Методиката, разработена от Гьотем и неговите колеги, извършва дистанционни атаки по времето по такъв начин, че те елиминират влиянието на джитъра на мрежата.

Принципът на вневременните атаки по време е прост: трябва да се направи така, че заявките да достигат до сървъра в абсолютно еднакъв момент, а не последователно.

Одновременността гарантира, че всички заявки са в еднакви условия на мрежата и че тяхната обработка не е повлияна от пътя между атакуващия и сървъра. Последователността на получаване на отговори ще предостави на атакуващия цялата информация, необходима за сравнение на времето за изпълнение.

„Основното предимство на вневременните атаки по време е, че те са много по-точни, така че са необходими по-малко заявки. Това позволява на атакуващия да разпознава разликите в времето за изпълнение до 100 нс“, казва Ван Гётем.

Минималната разлика във времето, наблюдавана от изследователите при традиционна атака по време през Интернет, е била 10 мкс, което е 100 пъти повече, отколкото при атака с едновременни заявки.

Как се осигурява одновременност

„Одновременността осигуряваме, като поставяме и двете заявки в един мрежов пакет“, обяснява Ван Гётем. „На практика реализиране зависи основно от мрежовия протокол“.

За изпращане на едновременни заявки изследователите използват възможностите на различни мрежови протоколи.

Например, HTTP/2, който бързо става стандарт де-факто за уеб сървърите, поддържа „мултиплексиране на заявки“ — функция, която позволява на клиента да изпраща няколко заявки паралелно чрез едно TCP съединение.

„В случай на HTTP/2 просто трябва да направим така, че и двете заявки да бъдат поставени в един пакет (например, записвайки и двете в сокета едновременно)“. Въпреки това, този метод има свои нюанси. Например, в повечето мрежи за доставка на съдържание като Cloudflare, които осигуряват съдържание на голяма част от уеба, свързаността между граничните сървъри и сайта се осъществява по протокол HTTP/1.1, който не поддържа мултиплексиране на заявки.

Въпреки че това намалява ефективността на вневременната атака, те все пак остават по-точни от класическите отдалечени атаки по време, тъй като отстраняват джитера между атакуващия и граничния CDN сървър.

В случай на протоколи, които не поддържат мултиплексиране на заявки, атакуващите могат да използват междинен мрежови протокол, който инкапсулира заявките.

Изследователите показаха какатака с времеви лаг работи в мрежата Tor. В този случай атакуващият инкапсулира множество заявки в клетка Tor — криптиран пакет, предаван между възлите на мрежата Tor в единични TCP пакети.

„Тъй като веригата Tor за onion услуги преминава целия път до сървъра, можем да гарантираме, че заявките ще пристигнат едновременно“, казва Ван Гьотем.

Атаки с времеви лаг в практиката

В своята статия изследователите разгледаха атаките с времеви лаг в три различни ситуации.

При директни времеви атаки злоумеещият пряко се свързва със сървъра и се опитва да организира изтичане на конфиденциална информация, свързана с приложението.

„Тъй като при създаването на повечето уеб приложения не се взема предвид, че атаките с времеви лаг може да бъдат много практични и точни, считаме, че много уебсайтове са уязвими на такива атаки“, разказва Ван Гьотен.

При междусайтови времеви атаки атакуващият осъществява заявки към други уебсайтове от браузъра на жертвата и прави предположения за съдържанието на конфиденциална информация, наблюдавайки последователността на отговорите.

Атакуващите използваха тази схема, за да експлоатират уязвимостта на програмата за награди за бъгове HackerOne и извлякоха информация като ключови думи, използвани в конфиденциални отчети за нерешени уязвимости.

„Търсих случаи, когато атака с времеви лаг за първи път е била документирана, но не е била считана за ефективна. За бъга на HackerOne е съобщавано поне три пъти (идентификационни номера на бъгове: 350432, 348168 и 4701), но той не е бил отстранен, защото е считано, че тази атака е невъзможна за експлоатация. Тогава създадох прост вътрешен изследователски проект с атаки с времеви лаг.

В онзи момент тя все още оставаше много неоптимизирана, защото продължавахме да разучаваме подробностите на атаката, но все пак, тя се оказа доста точна (на моето домашно WiFi свързване успях да постигна много точни резултати)”.

Изследователите също опитаха да проведат атаки с времеви лаг на WiFi протокола WPA3.

Един от съавторите на статията Мати Ванхоф вече е открил потенциална времева уязвимост в протокола за потвърждение на свързването WPA3. Но времето или е било твърде кратко за използване на високопроизводителни устройства, или не е могло да се използва срещу сървъри.

„С новия вид атаки с времеви спирания демонстрирахме, че всъщност може да се използва authentication handshake (EAP-pwd) срещу сървъри, дори ако те работят с мощно оборудване“, обяснява Ван Гётем.

Идеалният момент

В статията си изследователите дават препоръки за защита на сървърите от атаки с времеви спирания, например ограничаване на изпълнението до постоянно време и добавяне на случайно забавяне. За реализация на практични средства за защита срещу директни атаки с време, които да оказват минимално влияние на мрежовата работа, са необходими допълнителни изследвания.

„Смятаме, че тази област на изследванията е на много ранен етап и изисква значително по-дълбочинно изучаване“, казва Ван Гётем.

В бъдещите изследвания могат да бъдат проучени и други методики, които нападателите могат да използват за извършване на simultanée атаки с време, други протоколи и междинни мрежови слоеве, на които могат да бъдат осъществени атаки, както и да се оцени уязвимостта на популярни уебсайтове, позволяващи такива изследвания по условията на програмата за откриване на грешки.

Наименованието „вневремева“ е избрано, „защото при тези атаки не използвахме никаква (абсолютна) информация за времето“, обяснява Ван Гётем.

„Освен това, те могат да се считат за „вневремеви“, защото (отдалечени) времеви атаки вече се използват отдавна и, според нашите изследвания, ситуацията само ще се влошава“.