Hertzbleed е ново семейство атаки от странични канали, засягащи съвременните процесори

Екип от изследователи от Университета на Тексас, Университета на Илинойс и Университета на Вашингтон разкриха информация за ново семейство странични канални атаки (CVE-2022-23823, CVE-2022-24436), с кодово име Hertzbleed. Предложеният метод за атака се основава на характеристиките на динамичния контрол на честотата в съвременните процесори и засяга всички текущи процесори на Intel и AMD. Потенциално проблемът може да се прояви и в процесори от други производители, които поддържат динамични промени в честотата, например в ARM системи, но проучването беше ограничено до тестване на чипове Intel и AMD. Изходните текстове с прилагането на метода за атака са публикувани в GitHub (реализацията е тествана на компютър с процесор Intel i7-9700).

За да оптимизират консумацията на енергия и да предотвратят прегряване, процесорите динамично променят честотата в зависимост от натоварването, което води до промени в производителността и влияе върху времето за изпълнение на операциите (промяната в честотата с 1 Hz води до промяна в производителността с 1 тактов цикъл на второ). По време на проучването беше установено, че при определени условия на процесорите AMD и Intel промяната в честотата пряко корелира с обработваните данни, което например води до факта, че времето за изчисление на операциите „2022 + 23823“ и „2022 + 24436“ ще бъдат различни. Въз основа на анализа на разликите във времето за изпълнение на операции с различни данни е възможно индиректно да се възстанови информацията, използвана при изчисленията. В същото време, във високоскоростни мрежи с предсказуеми постоянни закъснения, атаката може да бъде извършена от разстояние чрез оценка на времето за изпълнение на заявките.

Ако атаката е успешна, идентифицираните проблеми правят възможно определянето на частни ключове въз основа на анализ на времето за изчисление в криптографски библиотеки, които използват алгоритми, при които математическите изчисления винаги се извършват в постоянно време, независимо от естеството на обработваните данни . Такива библиотеки се считат за защитени от атаки от странични канали, но както се оказа, времето за изчисление се определя не само от алгоритъма, но и от характеристиките на процесора.

Като практически пример, показващ осъществимостта на използването на предложения метод, беше демонстрирана атака срещу внедряването на механизма за капсулиране на ключ SIKE (Supersingular Isogeny Key Encapsulation), който беше включен във финала на състезанието за пост-квантови криптосистеми, проведено от САЩ Национален институт за стандарти и технологии (NIST) и е позициониран като защитен от атаки по страничен канал. По време на експеримента, използвайки нов вариант на атака, базирана на избран шифрован текст (постепенна селекция, базирана на манипулиране на шифрован текст и получаване на неговото дешифриране), беше възможно напълно да се възстанови ключът, използван за криптиране, чрез измерване от отдалечена система, въпреки използването на изпълнение на SIKE с постоянно време за изчисление. Определянето на 364-битов ключ с помощта на изпълнението на CIRCL отне 36 часа, а PQCrypto-SIDH отне 89 часа.

Intel и AMD са признали уязвимостта на своите процесори към проблема, но не планират да блокират уязвимостта чрез актуализация на микрокод, тъй като няма да е възможно да се елиминира уязвимостта в хардуера без значително въздействие върху производителността на хардуера. Вместо това разработчиците на криптографски библиотеки получават препоръки как програмно да блокират изтичането на информация при извършване на поверителни изчисления. Cloudflare и Microsoft вече са добавили подобна защита към своите реализации на SIKE, което доведе до 5% постижение на производителността за CIRCL и 11% постижение на производителността за PQCrypto-SIDH. Друго решение за блокиране на уязвимостта е да деактивирате режимите Turbo Boost, Turbo Core или Precision Boost в BIOS или драйвера, но тази промяна ще доведе до драстично намаляване на производителността.

Intel, Cloudflare и Microsoft бяха уведомени за проблема през третото тримесечие на 2021 г., а AMD през първото тримесечие на 2022 г., но публичното оповестяване на проблема беше отложено до 14 юни 2022 г. по искане на Intel. Наличието на проблема е потвърдено в процесори за настолни компютри и лаптопи, базирани 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 процесори Ryzen с микроархитектура Zen 2 и Zen 3).

Източник: opennet.ru