Forscher der ETH Zürich haben gemeinsam mit Ingenieuren von Google eine neue Angriffstechnik der Klasse Rowhammer entwickelt — Phoenix (CVE-2025-6202). Diese ermöglicht es, die in DDR5-Chips implementierten TRR (Target Row Refresh)-Schutzmechanismen zu umgehen, die eine Verzerrung der Speichermodule durch Ladungsverlust verhindern. Ein Prototyp eines Exploits wurde veröffentlicht, der es erlaubt, den Inhalt eines bestimmten Bits im RAM zu ändern und so die eigenen Privilegien im System zu erhöhen. Die Attacke wurde auf einem PC mit einem AMD-Prozessor der Mikroarchitektur Zen 4 und SK Hynix DDR5-Speicher demonstriert, der typische Desktop-Aufgaben ausführte.
Der RowHammer-Angriff kann den Inhalt einzelner DRAM-Speicherbits durch wiederholtes Lesen von Daten aus benachbarten Speicherzellen verfälschen. Da DRAM-Speicher ein zweidimensionales Array von Zellen darstellt, die jeweils aus einem Kondensator und einem Transistor bestehen, führt das kontinuierliche Lesen eines bestimmten Speicherbereichs zu Spannungsfluktuationen und Anomalien, die zu einem kleinen Verlust von Ladung in benachbarten Zellen führen. Wenn die Leseintensität hoch ist, kann die benachbarte Zelle genügend Ladung verlieren, und der nächste Regenerationszyklus hat möglicherweise nicht die Möglichkeit, ihren ursprünglichen Zustand wiederherzustellen, was zu einer Änderung der in der Zelle gespeicherten Daten führt.
Die Rowhammer-Angriffsstrategie wurde 2014 vorgestellt, was zu einem Katz-und-Maus-Spiel zwischen Sicherheitsexperten und Hardware-Herstellern führte. Die Hersteller von Speicherchips versuchten, die Schwachstelle zu schließen, während die Forscher neue Wege fanden, sie zu umgehen. Um sich vor Rowhammer zu schützen, haben die Chips-Hersteller einen TRR-Mechanismus (Target Row Refresh) hinzugefügt. Leider stellte sich heraus, dass dieser nur in bestimmten Fällen Zellverzerrungen verhindert, jedoch nicht vor allen möglichen Angriffsvarianten schützt. Angriffsstrategien wurden für DDR3-, DDR4- und DDR5-Chips auf Systemen mit Intel-, AMD- und ARM-Prozessoren entwickelt, ebenso wie für Videospeicher, der in NVIDIA-Grafikkarten verwendet wird. Darüber hinaus wurden Möglichkeiten gefunden, ECC-Fehlerkorrekturen zu umgehen, und es wurden Methoden vorgeschlagen, um Angriffe über das Netzwerk oder durch Ausführen von JavaScript-Code im Browser durchzuführen.
Ein entscheidender Faktor für das Umgehen von Schutzmaßnahmen gegen das Verzerren von Speicherzellen in DRAM ist das Verständnis der Funktionsweise des TRR-Mechanismus, der hauptsächlich auf der Geheimhaltung von Implementierungsdetails und dem Prinzip der "Sicherheit durch Unklarheit (security by obscurity)" beruht. Um die Funktionsweise zu bestimmen und Reverse Engineering durchzuführen, wurden von Forschern spezielle FPGA-basierte Platinen wie die Arty-A7 und ZCU104 entwickelt, die es ermöglichen, DDR5 SO-DIMM- und RDIMM-Speichermodule zu testen, Zugriffsmuster auf Speicherzellen zu identifizieren, zu erkennen, welche Low-Level DDR-Befehle nach Softwareoperationen mit dem Speicher übermittelt werden, und deren Reaktion zu analysieren.
Die Analyse von DDR5-Chips hat gezeigt, dass der Schutz ohne zusätzliche Steuerbefehle für die Aktualisierungsfrequenz implementiert wird und stattdessen auf Schaltungen mit variablen Zellladezeiten beruht. Für eine erfolgreiche Durchführung eines Rowhammer-Angriffs sind unter diesen Bedingungen präzise Nachverfolgungen tausender Zellaktualisierungsoperationen erforderlich. In diesem Zusammenhang sind die zuvor bestehenden Rowhammer-Angriffsverfahren nicht mehr anwendbar, weshalb Forscher eine neue Methode entwickelt haben, die die Zugriffsbedingungen selbstständig korrigiert, sobald vergessene Speicheraktualisierungsoperationen während des Angriffs erkannt werden.
Die Methode erwies sich als effektiv und ermöglichte es während der Tests, eine kontrollierte Bitverzerrung im Speicher aller 15 getesteten DDR5-Chips von SK Hynix (36 % des DRAM-Marktes) zu erreichen, die zwischen Ende 2021 und Ende 2024 produziert wurden. Die Verzerrung eines Bits war ausreichend, um einen Exploit zu schaffen, der Root-Zugriff auf Systeme mit einem AMD Ryzen 7 7700X und SK Hynix DDR5-Speicher innerhalb von 109 Sekunden ermöglichte. Um die vorgeschlagene Angriffsmethode zu blockieren, wird empfohlen, die Speicheraktualisierungsrate dreimal zu erhöhen.
Als Methoden zur Ausnutzung, die es ermöglichen, Root-Rechte durch Verzerrung eines Bits zu erlangen, wurden folgende Techniken berücksichtigt: die Änderung des Inhalts von Einträgen in der Seitentabelle (PTE, page table entry), um Kernelprivilegien zu erhalten; die Beschädigung des in Speicher gespeicherten RSA-2048-Öffentlichen Schlüssels in OpenSSH (es ist möglich, den öffentlichen Schlüssel in fremde virtuellen Maschine Der Angriff auf die VM des Opfers wurde durch den Abgleich mit dem privaten Schlüssel des Angreifers durchgeführt; die Berechtigungsüberprüfung wurde durch die Modifizierung des Speicherprozesses von sudo umgangen. Die Methode mit PTE war bei allen 15 getesteten Chips erfolgreich, während ein Angriff über RSA bei 11 Chips und über sudo bei 5 Chips erfolgreich war.
Im Exploit zur Platzierung von Seiten-Tabelen im Speicher werden Techniken von Rubicon verwendet, die gleichzeitig mit dem angesprochenen Angriff von Phoenix veröffentlicht wurden. Rubicon manipuliert die Optimierungsmerkmale im Speichermanagement des Linux-Kernels und ermöglicht die Zuweisung von Speicher in Bereichen mit einem anderen Wert von 'migratetype', die für privilegierte Operationen reserviert sind. Das Vorhandensein des Problems wurde in Linux-Kernen von 5.4 bis 6.8 bestätigt, theoretisch betrifft die Schwachstelle jedoch alle Kerne mit dem Zuweisungsmechanismus von Zoned Buddy Allocator.
Neben der Erleichterung von Rowhammer-Angriffen kann die Rubicon-Technik auch zur Effizienzsteigerung mikroarchitektonischer Angriffe wie Spectre verwendet werden. Sie vereinfacht das Auffinden des Standorts sensibler Daten im Speicher, die über Lecks infolge spekulativer Instruktionsausführung extrahiert werden müssen. Rubicon eliminiert die langwierige Phase des Durchsuchens des Speichers und der Identifizierung von Dateien wie /etc/shadow. Stattdessen kann sofort mit der Ausnutzung mikroarchitektonischer Schwachstellen begonnen werden, da die Datei an einer bekannten physischen Adresse vorab platziert ist. Beispielsweise hat die Anwendung der Rubicon-Methode die Datenleckrate in einem System mit einem Intel i7-8700K CPU von 2698 auf 9,5 Sekunden (284-fach) und bei einem AMD EPYC 7252 CPU von 189 auf 27,9 Sekunden (6,8-fach) beschleunigt.
Unterdessen hat eine andere Gruppe von Forschern der George Mason University die Anwendbarkeit von Rowhammer-Angriffen zur Kompromittierung von KI-Systemen demonstriert. Die Forscher haben eine Methode namens OneFlip vorgeschlagen, die es ermöglicht, das Verhalten von KI-Modellen durch die Manipulation eines einzelnen Bits im Speicher gezielt zu verändern. Ein Beispielcode zur Implementierung einer Trojaner-Änderung in ein neuronales Netzwerk steht zur Verfügung. Es wurde gezeigt, wie die Änderung eines Bits genutzt werden kann, um die Funktionalität eines Autopiloten zu verzerren, indem das Stoppschild als Geschwindigkeitsbegrenzungsschild interpretiert wird. Zudem wurde die Verwendung dieser Methode zum Umgehen von Gesichtserkennungssystemen betrachtet. Bei Modellen, die Gewichtungskoeffizienten in Form von 32-Bit-Ganzzahlen speichern, wird die Erfolgsquote des Angriffs auf 99,9 % geschätzt, ohne die ursprünglichen Eigenschaften des Modells zu beeinflussen.
Quelle: opennet.ru
