Phoenix — атака на DDR5 чипове, водеща до изопачаване на съдържанието на паметта

Изследователи от Швейцарския федерален институт по технологии Цюрих в сътрудничество с инженери от компанията Google разработиха нова техника за атака от клас Rowhammer — Phoenix (CVE-2025-6202), която позволява заобикаляне на защитните механизми TRR (Target Row Refresh), прилагани в DDR5 чиповете, предотвратяващи изопачаване на паметта поради загуба на заряда. Публикуван е прототип на експлойт, който позволява промяна на съдържанието на определен бит в оперативната памет и повишаване на привилегиите в системата. Демонстрация на атаката е проведена на компютър с процесор AMD на база микроархитектура Zen 4 и DDR5 памет SK Hynix, на който са извършвани типични десктоп приложения.

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 атаката Rowhammer беше предложен през 2014 година, след което между изследователите по безопасността и производителите на хардуер започна игра на „котки и мишки“ — производителите на паметови чипове се опитваха да блокират уязвимостта, докато изследователите откриваха нови начини за заобикалянето ѝ. Например, за защита от RowHammer производителите на чипове добавиха механизъм TRR (Target Row Refresh), но се оказа, че той блокира изопачаването на клетките само в определени случаи и не защитава от всички възможни варианти на атака. Методите на атака бяха разработени за DDR3, DDR4 и DDR5 чипове в системи с процесори Intel, AMD и ARM, както и за видеопамет, използвана в NVIDIA графични карти. Освен това бяха открити начини за заобикаляне на корекцията на грешки ECC и предложени варианти за извършване на атака чрез мрежа и чрез изпълнение на JavaScript код в браузъра.

Ключовият фактор за заобикаляне на защитата срещу изкривяване на паметови клетки в DRAM е разбирането на логиката на механизма TRR, който основно разчита на укриване на детайлите на реализацията и принципа "сигурност чрез неясност (security by obscurity)." За да се определи логиката на работа и да се проведе обратно инженерство, изследователите създадоха специални платки на базата на FGPA Arty-A7 и ZCU104, които позволяват тестване на модули DDR5-памет SO-DIMM и RDIMM, откриване на шаблони на достъп до паметови клетки, определяне на кои нискоуровневи DDR-команди се предават след софтуерни операции с паметта и анализиране на реакцията на тях.

Оказа се, че защитата в анализираните DDR5 чипове е реализирана без допълнителни команди за управление на честотата на обновяване на паметта и разчита на схеми с променлива честота на презареждане на клетките. За успешното провеждане на Rowhammer атака при тези условия е необходимо точно проследяване на хиляди операции по обновяване на клетките. При такива условия предишните методи на атака Rowhammer се оказаха неефективни и изследователите разработиха нов метод, който осъществява самокорекция на шаблоните на достъп, докато идентифицира пропуснатите операции по обновяване на паметта по време на атаката.

Методът се оказа ефективен и при провеждане на тестове позволи постигане на контролирано изкривяване на паметния бит на всички от 15 тествани DDR5 чипа на компанията SK Hynix (която заема 36% от пазара на DRAM), произведени от края на 2021 до края на 2024 година. Изкривяването на един бит се оказа достатъчно за създаване на експлойт, позволяващ получаване на root достъп в системата при атака на система с CPU AMD Ryzen 7 7700X и памет SK Hynix DDR5 за 109 секунди. За блокиране на предложената атака се препоръчва увеличаване на честотата на обновяване на паметта три пъти.

Като методи за експлоатация, позволяващи получаване на права root чрез изкривяване на един бит, се разглеждат следните техники: изменение на съдържанието на записите в таблицата със страници памет (PTE, page table entry) за получаване на привилегии на ядрото; повреждане на съхранявания в паметта публичен ключ RSA-2048 в OpenSSH (може да се замени публичния ключ в чужд) виртуална машина к съответствието на затворения ключ на атакуващия за свързване с VM на жертвата); заобикаляне на проверката на правомощията чрез модификация на паметта на процеса sudo. Методът с PTE се оказа работоспособен за всички 15 тествани чипа, атаката чрез RSA успя да се проведе за 11 чипа, а чрез sudo — за 5.

В експлоита за разполагане на таблици на страници на паметта в избрани клетки DRAM е използвана техника Rubicon, разкрита едновременно с разглежданата атака Phoenix. Rubicon манипулира особеностите на оптимизацията в системата за разпределение на паметта на ядрото на Linux и позволява постигането на разпределение на паметта в области с различна стойност на "migratetype", резервирани за привилегировани операции. Наличието на проблема е потвърдено в ядрата на Linux от 5.4 до 6.8, но теоретично уязвимостта обхваща всички ядра с механизъм за разпределение на паметта Zoned Buddy Allocator.

В допълнение към улесняването на извършването на атаки от клас Rowhammer, техниката Rubicon също е приложима за повишаване на ефективността на микроархитектурните атаки, като Spectre, и за улесняване на определянето на местоположението в паметта на секретни данни, които трябва да бъдат извлечени чрез течове по време на спекулативното изпълнение на инструкции. Rubicon позволява да се избегне дългият етап на сканиране на паметта и определяне на файлове, като /etc/shadow. Вместо това веднага може да се започне експлоатация на микроархитектурни уязвимости, благодарение на предварително определеното разполагане на файла на известен физически адрес. Например, прилагането на метода Rubicon ускори теча на данни на система с CPU Intel i7-8700K от 2698 до 9.5 секунди (в 284 пъти), а на CPU AMD EPYC 7252 от 189 до 27.9 секунди (в 6.8 пъти).

Междувременно, друга група из Университета Джорджа Мейсона демонстрира приложението на клас атак Rowhammer за компрометиране на AI системи. Изследователите предлагат метод OneFlip, който позволява прецизно изменение на поведението на AI модели чрез изкривяване на 1 бит информация в паметта. Наличен е примерен код за внедряване на троянска промяна в невронна мрежа. Показано е как изменението на един бит може да се използва за изкривяване работата на модела на автопилота, за да се променя интерпретацията на знака "Стоп" в знак "Ограничение скорост". Обсъдено е също и използването на метода за заобикаляне на системи за разпознаване на лица. За модели, които съхраняват тегловни коефициенти във форма на 32-битови цели числа, успешността на атаката се оценява на 99.9% без влияние върху основните характеристики на модела.

Източник: opennet.ru