Зависимост на времето за изпълнение на инструкциите от данните на ARM и Intel CPU

Ерик Бигърс, един от разработчиците на шифъра Adiantum и поддържащ подсистемата fscrypt на ядрото на Linux, предложи набор от корекции за блокиране на проблеми със сигурността, произтичащи от функция на процесорите на Intel, която не гарантира постоянно време за изпълнение за различни обработени данни. Проблемът се появява в процесорите на Intel, започвайки със семейството Ice Lake. Подобен проблем се наблюдава при ARM процесорите.

Наличието на зависимост на времето за изпълнение на инструкциите от данните, обработени в тези инструкции, се счита от автора на корекциите за уязвимост в процесорите, тъй като подобно поведение не може да гарантира сигурността на криптографските операции, извършвани в системата. Много реализации на криптографски алгоритми са предназначени да гарантират, че данните не влияят на времето за изпълнение на инструкциите и нарушаването на това поведение може да доведе до създаване на странични канални атаки, които възстановяват данни въз основа на анализ на времето за обработка.

Потенциално зависимостта от данни по време на изпълнение може също да се използва за стартиране на атаки за определяне на данните на ядрото от потребителското пространство. Според Ерик Бигърс по подразбиране не се осигурява постоянно време за изпълнение дори за инструкции, които извършват операции за добавяне и XOR, както и за специализирани AES-NI инструкции (информацията не е потвърдена от тестове, според други данни има забавяне от един цикъл по време на векторно умножение и броене на битове).

За да деактивират това поведение, Intel и ARM са предложили нови флагове: PSTATE бит DIT (Независим от данни синхронизиране) за процесори ARM и MSR бит DOITM (Независим от операнд данни режим на синхронизиране) за процесори Intel, връщайки старото поведение с постоянно време за изпълнение. Intel и ARM препоръчват активиране на защитата, ако е необходимо за критичен код, но в действителност критичните изчисления могат да възникнат навсякъде в ядрото и потребителското пространство, така че обмисляме да активираме режимите DOITM и DIT за цялото ядро ​​по всяко време.

За ARM процесори, клонът на ядрото на Linux 6.2 вече е приел корекции, които променят поведението на ядрото, но тези корекции се считат за недостатъчни, тъй като покриват само кода на ядрото и не променят поведението за потребителското пространство. За процесорите на Intel включването на защита все още е на етап преглед. Въздействието на корекцията върху производителността все още не е измерено, но според документацията на Intel, активирането на режим DOITM намалява производителността (например чрез деактивиране на някои оптимизации, като предварително зареждане на специфични данни) и в бъдещите модели процесори намаляването на производителността може да се увеличи .

Източник: opennet.ru