Eine Gruppe von Forschern der ETH Zürich, der Vrije Universiteit Amsterdam und Qualcomm hat eine neue Angriffsmethode der RowHammer-Klasse veröffentlicht, die es ermöglicht, den Inhalt einzelner Bits des dynamischen Arbeitsspeichers (DRAM) zu verändern. Dieser Angriff trägt den Code-Namen Blacksmith und die Identifikationsnummer CVE-2021-42114. Viele DDR4-Chips, die mit Schutzmaßnahmen gegen zuvor bekannte Methoden der RowHammer-Klasse ausgestattet sind, sind anfällig für diese Schwachstelle. Ein Toolkit zum Testen eigener Systeme auf Anfälligkeit wurde auf GitHub veröffentlicht.
Wir erinnern daran, dass Angriffe der RowHammer-Klasse es ermöglichen, den Inhalt einzelner Bits im Speicher durch zyklisches Lesen von Daten aus benachbarten Speichereinheiten zu verzerren. Da DRAM-Speicher ein zweidimensionales Array von Zellen darstellt, von denen jede aus einem Kondensator und einem Transistor besteht, führt das kontinuierliche Lesen desselben Speicherbereichs zu Spannungsfluktuationen und Anomalien, die zu einem geringen Verlust von Ladung in benachbarten Zellen führen. Bei intensiven Lesevorgängen kann die benachbarte Zelle eine ausreichende Menge an Ladung verlieren, und der nächste Regenerationszyklus hat möglicherweise nicht genügend Zeit, um ihren ursprünglichen Zustand wiederherzustellen, was zu einer Änderung des Wertes der in der Zelle gespeicherten Daten führt.
Um sich gegen RowHammer zu schützen, haben Chip-Hersteller den Mechanismus TRR (Target Row Refresh) vorgeschlagen, der vor der Verzerrung von Zellen in benachbarten Zeilen schützt. Da dieser Schutz jedoch auf dem Prinzip «Sicherheit durch Unklarheit» basierte, wurde das Problem nicht grundlegend gelöst und schützte lediglich vor bekannten speziellen Fällen, was es erleichterte, Umgehungsmöglichkeiten zu finden. Zum Beispiel hat Google im Mai eine Methode namens Half-Double vorgeschlagen, gegen die der TRR-Schutz nicht wirkte, da bei dem Angriff Zellen betroffen waren, die nicht direkt an die Zielzelle angrenzen.
Die neue Methode Blacksmith bietet einen anderen Ansatz zur Umgehung des TRR-Schutzes, der auf nicht homogener Ansprache von zwei oder mehr Angriffszeilen mit unterschiedlicher Frequenz basiert, um Ladungsleckagen zu erzeugen. Zur Bestimmung des Zugriffs-musters auf den Speicher, das zu einer Ladungsleckage führt, wurde ein spezieller Fuzzer entwickelt, der automatisch Angriffsparameter für einen bestimmten Chip ermittelt, indem er die Reihenfolge, Intensität und Systematik des Zugriffs auf die Zellen variiert.
Ein solcher Angriff, der nicht mit dem Einfluss auf dieselben Zellen verbunden ist, macht die aktuellen Methoden zum Schutz von TRR ineffektiv, die in irgendeiner Form auf der Zählung der Anzahl wiederholter Zugriffe auf die Zellen basieren und bei Erreichen bestimmter Werte eine Neuladung benachbarter Zellen initiieren. Im Blacksmith wird die Zugriffsmaske sofort auf mehrere Zellen von verschiedenen Seiten der Zielzelle verteilt, was es ermöglicht, eine Ladungsleckage zu erreichen, ohne die Schwellenwerte zu überschreiten.
Die Methode erwies sich als deutlich effektiver als die zuvor vorgeschlagenen Umgehungsmethoden der TRR. Den Forschern gelang es, Bit-Verzerrungen in allen 40 neu angeschafften verschiedenen DDR4-Speicherchips von Samsung, Micron, SK Hynix und einem unbekannten Hersteller zu erreichen (auf 4 Chips war der Hersteller nicht angegeben). Im Vergleich dazu erwies sich die zuvor von denselben Forschern vorgeschlagene Methode TRRespass lediglich für 13 der damals getesteten 42 Chips als effektiv.
Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Blacksmith-Methode auf 94% aller auf dem Markt erhältlichen DRAM-Chips anwendbar ist, aber laut den Forschern sind einige Chips anfälliger und einfacher anzugreifen als andere. Der Einsatz von Fehlerkorrekturcodes (ECC) und die Verdopplung der Speicherversion bieten keinen vollständigen Schutz, erschweren jedoch die Ausbeutung. Bemerkenswert ist, dass das Problem auf bereits ausgelieferten Chips nicht blockiert werden kann und die Implementierung eines neuen Schutzes auf Hardware-Ebene erfordert, sodass der Angriff noch viele Jahre relevant bleiben wird.
Als praktische Beispiele werden Methoden zur Anwendung von Blacksmith genannt, um den Inhalt der Einträge in der Seitentabelle (PTE, page table entry) zu ändern, um privilegierten Zugriff auf den Kernel zu erlangen, den im Speicher gespeicherten öffentlichen Schlüssel RSA-2048 in OpenSSH zu beschädigen (man kann den öffentlichen Schlüssel mit dem privaten Schlüssel des Angreifers in Einklang bringen, um sich mit der VM des Opfers zu verbinden) und die Berechtigungsprüfung durch Modifikation des Speichers des sudo-Prozesses zu umgehen, um Root-Rechte zu erlangen. Abhängig vom Chip erfordert die Änderung eines Zielbits zwischen 3 Sekunden und mehreren Stunden Durchführung des Angriffs. virtuellen Maschine je nach Chips kann es von 3 Sekunden bis zu mehreren Stunden dauern, um einen Zielbit zu ändern.
Zusätzlich kann die Veröffentlichung des offenen Frameworks LiteX Row Hammer Tester hervorgehoben werden, das zur Überprüfung von Schutzmethoden für Speicher gegen Angriffe der RowHammer-Klasse entwickelt wurde. Dieses Framework wurde von der Firma Antmicro im Auftrag von Google entwickelt. Es basiert auf der Nutzung von FPGAs zur vollständigen Kontrolle über die an den DRAM-Chip direkt übermittelten Befehle, um den Einfluss des Speicherkontrolleurs auszuschließen. Zur Interaktion mit FPGAs wird ein Toolkit in Python angeboten. Das FPGA-Basis-Gateway umfasst ein Modul für die paketweise Datenübertragung (definiert Muster für den Speicherzugriff), Payload Executor, einen LiteDRAM-basierten Kontroller (der die gesamte benötigte Logik für DRAM behandelt, einschließlich der Aktivierung von Zeilen und dem Aktualisieren des Speichers) und die CPU VexRiscv. Die Ergebnisse des Projekts werden unter der Lizenz Apache 2.0 verbreitet. Die Nutzung verschiedener FPGA-Plattformen wird unterstützt, einschließlich Lattice ECP5, Xilinx Series 6, 7, UltraScale und UltraScale+.
Quelle: opennet.ru
