DDR4 паметите остават уязвими на атаки RowHammer, въпреки добавената защита

Група изследователи от Свободния университет в Амстердам, Швейцарския федерален политехнически институт в Цюрих и компанията Qualcomm проведоха изследване на ефективността на защитата срещу атаки от клас DDR4, използвана в съвременните памети на чиповете RowHammer, позволяващи промяна на съдържанието на отделни битове динамична оперативна памет (DRAM). Резултатите се оказаха разочароващи и чиповете DDR4 на основните производители са все още остават уязвими (CVE-2020-10255).

Уязвимостта RowHammer позволява изкривяване на съдържанието на отделни битове памет, чрез циклично четене на данни от съседни клетки памет. Тъй като паметта DRAM представлява двуизмерен масив от клетки, всяка от които е съставена от кондензатор и транзистор, извършването на непрекъснато четене на една и съща област на паметта води до колебания на напрежението и аномалии, причиняващи малка загуба на заряд в съседните клетки. Ако интензивността на четенето е достатъчно голяма, клетката може да загуби достатъчно голям обем заряд и следващият цикъл на регенерация няма да успее да възстанови първоначалното й състояние, което води до промяна на стойността на съхранените в клетката данни.

За блокиране на подобен ефект в съвременните чипове DDR4 се прилага технологията TRR (Target Row Refresh), предназначена да предотврати изкривяването на клетките при провеждане на атака RowHammer. Проблемът е, че няма единен подход за реализация на TRR и всеки производител на CPU и памет тълкува TRR по своему, прилага собствени варианти на защита и не разкрива детайли на реализацията.
Изучаването на прилаганите от производителите методи за блокиране на RowHammer позволи лесно откритие на обходни пътища за защита. При проверката стана ясно, че практикуваният от производителите принцип “сигурност чрез неясност (security by obscurity) при реализацията на TRR помага само за защита в частни случаи, обхващащи стандартни атаки, манипулиращи изменението на заряда на клетките в една или две съседни редици.

Разработената от изследователите утилита позволява да се провери податливостта на чиповете на многостранни варианти на атака RowHammer, при които опитът за влияние върху заряда се извършва за няколко реда от паметта. Подобни атаки позволяват да се заобиколи защитата TRR, реализирана от някои производители, и водят до изкривяване на битовете в паметта дори на нови устройства с DDR4 памет.
От 42 проучени DIMM модула, 13 модула се оказаха уязвими на нестандартни варианти на атака RowHammer, въпреки заявената защита. Проблемните модули са произведени от SK Hynix, Micron и Samsung, чиято продукция обхваща 95% от пазара на DRAM.

Освен DDR4, изследвани бяха и чиповете LPDDR4, използвани в мобилни устройства, които също се оказаха чувствителни на разширени варианти на атака RowHammer. По-конкретно, проблемът засяга паметта, използвана в смартфоните Google Pixel, Google Pixel 3, LG G7, OnePlus 7 и Samsung Galaxy S10.

Изследователите успяха да възпроизведат на проблемните чипове DDR4 няколко техники за експлоатация. Например, използването на RowHammer-експлоита за PTE (Page Table Entries) изисква за получаване на привилегии на ядрото провеждане на атака в продължение на от 2.3 секунди до три часа и петнадесет секунди, в зависимост от тестваните чипове. Атаката по унищожаване на съхранявания в паметта открит ключ RSA-2048 отне от 74.6 секунди до 39 минути и 28 секунди. Атаката на заобикаляне на проверката на правата чрез модификация на паметта на процеса sudo отне 54 минути и 16 секунди.

За проверка на използваните от потребителите DDR4 чипове е публикувана утилита TRRespass. За успешно провеждане на атаката е необходима информация за използваната в контролера на паметта конфигурация на физическите адреси, свързани с банките и редовете от паметта. За определяне на конфигурацията е разработена допълнителна утилита drama, която изисква стартиране с права на root. В най-скоро време ще бъде се планира публикувано приложение за тестване на паметта на смартфоните.

На компаниите Intel и AMD препоръчаха за защита да се използва памет с корекция на грешки (ECC), контролери на памет с поддръжка на Maximum Activate Count (MAC) и да се прилага увеличена честота на регенерация. Изследователите обаче смятат, че за вече излязлите на пазара чипове липсва решение за гарантирана защита от Rowhammer, а употребата на ECC и увеличаването на честотата на регенерация на паметта се оказаха неефективни. Например, по-рано вече беше предложен метод на атаките срещу DRAM памет, заобикаляйки защитата на ECC, а също така беше показана възможността за извършване на атака на DRAM през локална мрежа, от гостуваща система и с помощта на за стартиране на JavaScript в браузъра.

Източник: opennet.ru