Hertzbleed — ново семейство атаки чрез странични канали, засягащо съвременни CPU

Група изследователи от Тексаския, Илинойския и Вашингтонския университети разкриха информация за ново семейството атаки чрез странични канали (CVE-2022-23823, CVE-2022-24436), получило кодовото име Hertzbleed. Предложен метод на атака се основава 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 процесорите на други производители, поддържащи динамична промяна на честотата, например в ARM системи, но проведеното изследване е ограничено до проверка на чипове Intel и AMD. Изходните кодове с реализация на метода на атака са публикувани на GitHub (реализацията е тествана на компютър с CPU Intel i7-9700).

За оптимизация 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). В хода на проведеното изследване беше установено, че при определени условия на процесори AMD и Intel, промяната на честотата пряко корелира с обработваните данни, което, например, води до различие в времето за пресмятане на операциите „2022 + 23823“ и „2022 + 24436“. На базата на анализа на разликите във времето за изпълнение на операциите с различни данни, може индиректно да се възстанови информацията, използвана при изчисленията. При това в високоскоростни мрежи с предсказуеми постоянни закъснения, атаката може да бъде проведена дистанционно, оценявайки времето за изпълнение на заявките.

При успешно провеждане на атаката, идентифицираните проблеми позволяват определяне на затворени ключове на базата на анализа на времето за изчисления в криптографски библиотеки, които използват алгоритми, математическите изчисления на които винаги се изпълняват за постоянно време, независимо от характера на обработваните данни. Подобни библиотеки се считаха за защитени от атаки чрез странични канали, но както се оказа, времето за изчисление се определя не само от алгоритъма, но и от особеностите на работата на процесора.

Като практичен пример, показващ реализируемостта на предложената методология, беше демонстрирана атака върху реализирането на механизма за инкапсулация на ключове SIKE (Supersingular Isogeny Key Encapsulation), който влезе във 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. По време на експеримента с нов вариант на атака, базиран на подбрано криптирано съдържание (постепенно подбиране на основата на манипулации с криптирания текст и получаване на неговото декриптиране), успяхме напълно да възстановим използвания за криптиране ключ, провеждайки измервания с отдалечена система, въпреки прилагането на SIKE с постоянен времеви разход. Определянето на 364-битовия ключ с реализацията на CIRCL отне 36 часа, а при PQCrypto-SIDH — 89 часа.

Компаниите Intel и AMD признали, че техните процесори са уязвими на проблема, но не планират да блокират уязвимостта чрез обновление на микрокода, тъй като е невъзможно да се премахне уязвимостта без значително влияние върху производителността. Вместо това на разработчиците на криптографски библиотеки бяха дадени указания за софтуерно блокиране на изтичането на информация при извършване на конфиденциални изчисления. Компаниите Cloudflare и Microsoft вече добавиха такава защита в своите реализации на SIKE, което доведе до намаляване на производителността на CIRCL с 5%, а на PQCrypto-SIDH с 11%. Като друга обходна стратегия за блокиране на уязвимостта в BIOS или драйвера, може да се изключат режимите 'Turbo Boost', 'Turbo Core' или 'Precision Boost', но тази промяна ще доведе до значителен спад в 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 искане на Intel публичното разкриване на информация за проблема беше отложено до 14 юни 2022 година. Наличието на проблема е потвърдено в процесорите за настолни системи и лаптопи на базата на 8-11 поколения микроархитектура Intel Core, а също 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