Hertzbleed — ново семейство атаки по странични канали, засягащо съвременните CPU

Група изследователи от Тексаския, Илинойския и Вашингтонския университети разкриха информация за ново семейство атаки чрез странични канали (CVE-2022-23823, CVE-2022-24436), получило кодово име Hertzbleed. Предложеният метод на атака е основавен на особеностите на динамичното управление на честотата в съвременните процесори и засяга всички актуални CPU Intel и AMD. Потенциално проблемът може да се прояви и в процесори на други производители, поддържащи динамично променлива честота, например в ARM системи, но проведеното изследване е ограничено до проверка на чиповете Intel и AMD. Изходните текстове с реализацията на метода на атака са публикувани в GitHub (реализацията е тествана на компютър с CPU Intel i7-9700).

За оптимизиране на енергопотреблението и предотвратяване на прегряване, процесорите динамично променят честотата в зависимост от натоварването, което води до промяна на производителността и влияе на времето за изпълнение на операциите (промяната на честотата с 1 Hz води до промяна на производителността с 1 такт в секунда). По време на проведеното изследване беше установено, че при определени условия процесорите AMD и Intel променят честотата, която директно корелира с обработваните данни, което, например, води до разлика във времето за изчисление на операциите „2022 + 23823“ и „2022 + 24436“. На основание анализа на разликите в времето за изпълнение на операциите с различни данни, може да се възстанови информацията, използвана при изчисленията. При това в високоскоростни мрежи с предсказуеми постоянни забавяния атаката може да се проведе отдалечено, оценявайки времето за изпълнение на заявките.

При успешно проведена атака, установените проблеми позволяват определяне на закритите ключове на базата на анализа на времето за изчисления в криптографски библиотеки, използващи алгоритми, математическите изчисления в които винаги се извършват за постоянно време, независимо от характера на обработваните данни. Подобни библиотеки се считаха за защитени от атаки чрез странични канали, но какво се оказа, времето за изчисление се определя не само от алгоритъма, но и от особеностите на работата на процесора.

Като практически приложение, демонстриращо реалистичността на предложената метоdология, е демонстрирана атака срещу механизма за инкапсулиране на ключове SIKE (Supersingular Isogeny Key Encapsulation), който достигна финала на конкурса за постквантови криптосистеми, организиран от Националния институт по стандарти и технологии на САЩ (NIST), и се позиционира като защитен от атаки чрез странични канали. В хода на експеримента, с нов вариант на атака, базиран на подбран шифротекст (постепенен подбор чрез манипулации върху криптирания текст и получаване на неговото декриптиране), е успяло напълно да възстанови ключа, използван за криптиране, провеждайки измервания с отдалечена система, въпреки прилагането на реализация на SIKE с постоянно време за изчисления. За определянето на 364-битовия ключ с прилагане на реализацията CIRCL са били изразходвани 36 часа, а за PQCrypto-SIDH — 89 часа.

Компаниите Intel и AMD признаха, че техните процесори са уязвими, но не планират да блокират уязвимостта чрез актуализации на микрокода, тъй като без значително влияние върху производителността не може да се отстрани уязвимостта хардуерно. Вместо това на разработчиците на криптографски библиотеки са дадени препоръки за софтуерно блокиране на изтичането на информация при извършване на конфиденциални изчисления. Компаниите Cloudflare и Microsoft вече добавиха подобна защита в своите реализации на SIKE, което доведе до спад на производителността на CIRCL с 5%, а на PQCrypto-SIDH с 11%. Като алтернативно решение за блокиране на уязвимостта в BIOS или драйвера може да се деактивират режимите „Turbo Boost“, „Turbo Core“ или „Precision Boost“, но това изменение ще доведе до съществен спад на производителността.

Компаниите Intel, Cloudflare и Microsoft бяха уведомени за проблема през третото тримесечие на 2021 година, а компанията AMD — през първото тримесечие на 2022 година, но по молба на Intel публичното разкритие на информацията за проблема беше отложено до 14 юни 2022 година. Наличието на проблема е потвърдено в процесорите за настолни системи и лаптопи на база на 8-11 поколения микроархитектура Intel Core, както и за различни настолни, мобилни и сървърни процесори AMD Ryzen, Athlon, A-Series и EPYC (изследователите демонстрираха метода на CPU Ryzen с микроархитектура Zen 2 и Zen 3).

Източник: opennet.ru