Зависимост на времето за изпълнение на инструкциите от данните на CPU ARM и Intel

Ерик Биггерс (Eric Biggers), един от разработчиците на алгоритъма Adiantum и поддръжника на подсистемата за ядрото Linux fscrypt, предложи набор от пачове за блокиране на проблемите със сигурността, произтичащи от особеностите на процесорите Intel, които не гарантират постоянното време за изпълнение на инструкциите за различни обработвани данни. В процесорите Intel проблемът се проявява от фамилията Ice Lake. Подобен проблем се наблюдава и в процесорите ARM.

Наличието на зависимост на времето за изпълнение на инструкциите от обработваните в тези инструкции данни се разглежда от автора на пачовете като уязвимост в процесорите, тъй като такова поведение не може да гарантира сигурността на криптографските операции, извършвани в системата. Много реализации на криптографски алгоритми са проектирани така, че данните да не влияят на времето за изпълнение на инструкциите, а нарушаването на това поведение може да доведе до атаки чрез странични канали, възстановяващи данни на базата на анализа на времето за тяхната обработка.

Потенциалната зависимост на времето за изпълнение от данните също може да бъде използвана за организиране на атаки за определяне на данни от ядрото от пространство на потребителя. Според заявлението на Ерик Биггерс, постоянното време за изпълнение по подразбиране не се осигурява дори за инструкции, които извършват операции по събиране и XOR, както и за специализирани инструкции AES-NI (информацията не е потвърдена от тестове, според други данни при умножение на вектори и броене на битове се наблюдава забавяне от един цикъл).

За да се изключи разглежданото поведение, компаниите Intel и ARM предложиха нови флагове: PSTATE-бит DIT (Data Independent Timing) за CPU ARM и MSR-бит DOITM (Data Operand Independent Timing Mode) за CPU Intel, които връщат старото поведение с постоянно време за изпълнение. Компаниите Intel и ARM препоръчват да се активира защитата при необходимост за особено важен код, но на практика важните изчисления могат да се срещат в каквато и да е част от ядрото и пространството на потребителя, затова се обсъжда възможността за постоянно активиране на режимите DOITM и DIT за цялото ядро.

За процесорите ARM в ядрото на Linux 6.2 вече са приети пачове, които променят поведението на ядрото, но тези пачове се смятат за недостатъчни, тъй като обхващат само кода на ядрото и не променят поведението за потребителското пространство. За процесорите Intel внедряването на защита все още е само на етап рецензиране. Въпреки че не е проведено измерване на влиянието на пача върху производителността, според документацията на Intel активирането на режима DOITM намалява производителността (например, поради деактивиране на някои оптимизации, специфични за определени данни, като упреждаващо зареждане) и в бъдещи модели на процесорите намалението на производителността може да се усили.

Източник: opennet.ru