Атаките GDDRHammer и GeForge, които изкривяват паметта на GPU, за да получат достъп до цялата памет на CPU.

Изследователи от няколко университета в САЩ и Австралия разработиха две атаки от клас атаку Rowhammer — GDDRHammer и GeForge, които позволяват при изпълнение на непривилегировано CUDA ядро на NVIDIA GPU да се получи изкривяване на отделни битове в видеопаметта GDDR. За разлика от представения миналата година метод GPUHammer, новите атаки не се ограничават до въздействие върху данни, обработвани в GPU паметта, а позволяват пълен достъп до цялата основна памет, свързана с адресното пространство на CPU. Изследователите демонстрираха експлойти, предоставящи root-достъп до основната система при изпълнение на непривилегизирано CUDA ядро на GPU.

И двете атаки постигат преждевременна загуба на заряд в определени клетки на видеопаметта, до които атакуващите нямат пряк достъп, което води до промяна на битовете, съхранявани в тези клетки. Възможността за четене и запис в паметта, свързана с адресното пространство на CPU, се реализира чрез намеса в работата на алокатора на памет (cudaMalloc), нарушаваща изолацията на GPU паметта и отразяваща виртуални адреси на GPU в произволни физически адреси на GPU или CPU.

Намесата се осъществява чрез изкривяване на стойностите на битовете в видеопаметта, в която се съхраняват таблиците на страниците на GPU паметта, отговорни за транслацията на виртуални адреси в физически. Разликите между атаките GDDRHammer и GeForge се свеждат до това, че методът GDDRHammer модифицира таблицата на страниците на последно ниво (PT — Last Level Page Table), а методът GeForge — каталога на страниците на последно ниво (PD0 — Last Level Page Directory).

Сред другото, посочените таблици за транслация на адреси се използват за организиране на директен достъп на GPU до паметта на CPU, затова промяната на адреса в таблицата на страниците на GPU на физически адрес в основната оперативна памет и задаването на флага APERTURE, включващ режим на мапинг на CPU памет, дават възможност за четене и запис на данни с достъп до основната памет през шина PCIe при деактивиран IOMMU (по подразбиране е деактивиран).

Успешните атаки бяха демонстрирани за високопроизводителните професионални видеокарти NVIDIA RTX A6000, базирани на микроархитектурата Ampere (цената на новите карти започва от 6850 $, а на употребяваните — от 4000 $) и домакинските модели NVIDIA RTX 3060 (250-300 $). Разработената техника за заобикаляне на защитата от Rowhammer, в комбинация с използването на предоставените в GPU средства за паралелизация на операциите, позволи 64 пъти да се увеличи честотата на възникване на изкривяване на клетките в сравнение с предишните атаки. Временно решение за блокиране на атаките е режимът за корекция на грешки ECC (Error Correcting Codes), който може да бъде активиран с команда "nvidia-smi -e 1", но той води до допълнителни разходи и потенциално може да бъде заобиколен, използвайки методи на атака като ECCploit и ECC.fail.

Атаката RowHammer позволява изопачаване на съдържанието на отделни битове в DRAM паметта чрез циклично четене на данни от съседни клетки. Тъй като DRAM паметта представлява двумерен масив от клетки, всяка от които съдържа кондензатор и транзистор, непрекъснатото четене на една и съща област от паметта води до флуктуация на напрежението и аномалии, които причиняват малка загуба на заряд в съседните клетки. Ако интензивността на четенето е висока, то съседната клетка може да загуби значително количество заряд и следващият цикъл на регенерация няма да може да възстанови първоначалното ѝ състояние, което ще доведе до промяна на значението на данните, запазени в клетката.

Методът на атака Rowhammer беше предложен през 2014 година, след което между изследователите по сигурност и производителите на оборудване започна игра на "котки и мишки" — производителите на паметови чипове се опитваха да блокират уязвимостта, а изследователите намираха нови начини да я заобикалят. Например, за защита от RowHammer производителите на чипове добавиха механизма TRR (Target Row Refresh), но се оказа, че той блокира изкривяването на клетките само в частни случаи и не осигурява защита от всички възможни варианти на атака. Методите на атака бяха разработени за чипове DDR3, DDR4 и DDR5 на системи с процесори Intel, AMD и ARM, както и за GDDR паметта на GPU NVIDIA. Освен това бяха открити начини за заобикаляне на корекцията на грешки ECC и предложени варианти за извършване на атака през мрежата и чрез изпълнение на JavaScript код в браузъра.

Източник: opennet.ru