Изтичане на данни през Intel CPU ring bus

Екип от изследователи от Университета на Илинойс разработи нова техника за атака на страничен канал, която манипулира изтичането на информация през Ring Interconnect на процесорите на Intel. Атаката ви позволява да подчертаете информация за използването на паметта в друго приложение и да проследите информацията за времето на натискане на клавиш. Изследователите публикуваха инструменти за извършване на свързани измервания и няколко експлойта на прототипи.

Предложени са три експлойта, които ще позволят:

• Възстановяване на отделни битове от ключове за криптиране при използване на реализации на RSA и EdDSA, които са уязвими на атаки от страничен канал (ако забавянията на изчисленията зависят от обработваните данни). Например, изтичането на отделни битове с информация за вектора за инициализация (nonce) на EdDSA е достатъчно, за да се използват атаки за последователно възстановяване на целия частен ключ. Атаката е трудно осъществима на практика и може да бъде извършена с голям брой резерви. Например, успешна операция се показва, когато SMT (HyperThreading) е деактивиран и LLC кешът е сегментиран между процесорните ядра.
• Дефинирайте параметри за закъснения между натискания на клавиши. Закъсненията зависят от позицията на клавишите и позволяват, чрез статистически анализ, да се пресъздадат данните, въведени от клавиатурата с определена вероятност (например, повечето хора обикновено пишат "s" след "a" много по-бързо от "g" след "с").
• Организирайте скрит комуникационен канал за прехвърляне на данни между процесите със скорост от около 4 мегабита в секунда, който не използва споделена памет, кеш на процесора и специфични за процесора ресурси и структури на процесора. Отбелязва се, че предложеният метод за създаване на скрит канал е много труден за блокиране със съществуващите методи за защита срещу атаки по страничните канали.

Експлойтите не изискват повишени привилегии и могат да се използват от обикновени, непривилегировани потребители. Отбелязва се, че атаката може потенциално да бъде адаптирана за организиране на изтичане на данни между виртуални машини, но този проблем е извън обхвата на проучването и не е извършено тестване на системи за виртуализация. Предложеният код е тестван на процесор Intel i7-9700 в Ubuntu 16.04. Като цяло, методът на атака е тестван на процесори за настолни компютри от фамилията Intel Coffee Lake и Skylake и също е потенциално приложим за сървърни процесори Xeon от фамилията Broadwell.

Технологията Ring Interconnect се появи в процесори, базирани на микроархитектурата Sandy Bridge и се състои от няколко циклични шини, използвани за свързване на изчислителни и графични ядра, сървърен мост и кеш. Същността на метода на атака е, че поради ограничението на честотната лента на пръстенната шина, операциите с паметта в един процес забавят достъпа до паметта на друг процес. Чрез идентифициране на подробности за изпълнението чрез обратно инженерство, атакуващият може да генерира натоварване, което причинява забавяне на достъпа до паметта в друг процес и да използва тези забавяния като страничен канал за получаване на информация.

Атаките срещу вътрешните процесорни шини са възпрепятствани от липсата на информация за архитектурата и методите на работа на шината, както и от високото ниво на шум, което затруднява изолирането на полезни данни. Беше възможно да се разберат принципите на работа на шината чрез обратно инженерство на протоколите, използвани при предаване на данни през шината. Модел за класификация на данни, базиран на методи за машинно обучение, беше използван за отделяне на полезната информация от шума. Предложеният модел даде възможност да се организира наблюдение на закъсненията по време на изчисления в конкретен процес, в условия, когато няколко процеса едновременно имат достъп до паметта и определена част от данните се връщат от кеш паметта на процесора.

Освен това можем да отбележим идентифицирането на следи от използването на експлойт за първия вариант на уязвимостта Spectre (CVE-2017-5753) по време на атаки срещу Linux системи. Експлойтът използва изтичане на информация от страничен канал, за да намери суперблок в паметта, да определи inode на файла /etc/shadow и да изчисли адреса на страницата на паметта, за да извлече файла от кеша на диска.

Източник: opennet.ru