Blacksmith — нова атака на паметта DRAM и чиповете DDR4

Група изследователи от Швейцарския федерален институт по технологии в Цюрих, Свободния университет в Амстердам и компания Qualcomm публикува нов метод на атака от клас RowHammer, позволяващ промяна на съдържанието на отделни битове динамична оперативна памет (DRAM). На атаката е присвоено кодово име Blacksmith и идентификатор CVE-2021-42114. Много чипове DDR4, които са защитени от предишно известни методи от клас RowHammer, са податливи на проблема. Инструментът за тестване на вашите системи за податливост е публикуван на GitHub.

Припомняме, че атаките от клас RowHammer позволяват 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 част от паметта води до колебания на напрежението и аномалии, предизвикващи малка загуба на заряд в съседните клетки. Ако интензивността на четене е голяма, съседната клетка може да загуби достатъчно голям обем заряд и следващият цикъл на регенерация не успява да възстанови първоначалното си състояние, което води до промяна на запазеното в клетката данни.

За защита от RowHammer производителите на чипове предложиха механизма TRR (Target Row Refresh), който предпазва от изкривяване на клетките в съседни редове, но тъй като защитата се основава на принципа „безопасност чрез неясност“, тя не решава проблема в основата, а защитава само от известни специфични случаи, което позволява лесно намиране на начини за заобикаляне на защитата. Например, през май компанията Google предложи метод Half-Double, на който не действала защитата TRR, тъй като атаката се отнасяла за клетки, които не са в непосредствена близост до целевата.

Новият метод Blacksmith предлага различен начин за заобикаляне на защитата TRR, основан на неравномерна честота на достъп до две или повече агресорски реда с цел предизвикване на загуба на заряд. За определяне на шаблона на достъпа до паметта, водещ до загуба на заряд, е разработен специален фузер, който автоматично настройва параметрите на атаката за конкретния чип, променяйки реда, интензивността и систематичността на достъпа до клетките.

Подобен подход, несвързан с въздействие върху същите клетки, прави текущите методи на защита TRR неефективни, като в един или друг вид се свеждат до броене на броя на повторните достъпи до клетките и при достигане на определени стойности се инициира презареждане на съседните клетки. В Blacksmith шаблонът на достъпа се разпространява веднага на няколко клетки от различни страни на целевата, което позволява постигане на изтичане на заряд, без да се достигат праговите стойности.

Методът се оказа значително по-ефективен от предишно предложените начини за избягване на TRR — изследователите успяха да постигнат изкривяване на битовете във всички от 40 наскоро закупени различни DDR4 чипа памет с произход Samsung, Micron, SK Hynix и непознат производител (за 4 чипа производителят не беше посочен). За сравнение, преди предложената от същите изследователи методология TRRespass се оказа ефективен само за 13 от 42 тестирани по това време чипа.

В общи линии се предполага, че методът Blacksmith е приложим за 94% от всички DRAM чипове на пазара, но според изследователите, някои чипове са по-уязвими и по-лесни за атака от други. Приложението на кодове за корекция на грешки (ECC) и удвояването на честотата на обновление на паметта не предоставя пълна защита, но затруднява експлоатацията. Забележително е, че проблемът не може да бъде блокиран в вече произведените чипове и изисква реализиране на нова защита на хардуерно ниво, затова атаката ще остане актуална още много години.

Като практическите примери се посочват методите на приложение на Blacksmith за промяна на съдържанието на записите в таблицата с памет (PTE, page table entry) за получаване на ядрен привилегий, повреждане на съхранявания в паметта RSA-2048 ключ в OpenSSH (може да се представи откритият ключ в чуждото съответствие на затворения ключ на атакуващия за свързване с виртуалната машина на жертвата) и заобикаляне на проверката за правомощия чрез модификация на паметта на процеса sudo за получаване на root права. В зависимост от чипа, за промяна на един целеви бит се изисква от 3 секунди до няколко часа за провеждане на атака. виртуална машина к съответствието на затворения ключ на атакуващия за свързване с виртуалната машина на жертвата) и заобикаляне на проверката за правомощия чрез модификация на паметта на процеса sudo за получаване на root права. В зависимост от чипа, за промяна на един целеви бит се изисква от 3 секунди до няколко часа за провеждане на атака.

Допълнително може да се отбележи публикуването на отворената рамка LiteX Row Hammer Tester за тестване на методи за защита на паметта от атаки от клас RowHammer, разработена от компанията Antmicro по поръчка на Google. Рамката е основана на използването на FPGA за пълен контрол върху командите, предавани директно на чипа DRAM, с цел да се изключи влиянието на контролера на паметта. За взаимодействие с FPGA се предлага инструментариум на Python. Шлюзът на базата на FPGA включва модул за пакетно предаване на данни (определя шаблони за достъп до паметта), Payload Executor, контролер на базата на LiteDRAM (обработва цялата необходима логика за DRAM, включително активиране на редове и обновление на паметта) и CPU VexRiscv. Резултатите от проекта се разпространяват under лицензия Apache 2.0. Подкрепя се използването на различни платформи FPGA, включително Lattice ECP5, Xilinx Series 6, 7, UltraScale и UltraScale+.

Източник: opennet.ru