Die Angriffe GDDRHammer und GeForge, die den GPU-Speicher verzerren, um auf gesamten CPU-Speicher zuzugreifen.

Forscher von mehreren Universitäten in den USA und Australien haben zwei Angriffsarten der Rowhammer-Klasse entwickelt – GDDRHammer und GeForge. Diese ermöglichen es, beim Ausführen eines nicht privilegierten CUDA-Kerns auf NVIDIA-GPUs, bestimmte Bits in GDDR-Grafikspeicherchips zu verzerren. Im Gegensatz zur im vergangenen Jahr vorgestellten Methode GPUHammer sind die neuen Angriffe nicht auf die auf der GPU verarbeiteten Daten beschränkt, sondern ermöglichen den vollständigen Zugriff auf den gesamten Hauptspeicher, der zum Adressraum der CPU gehört. Die Forscher haben Exploits demonstriert, die Root-Zugriff auf das Hauptsystem bieten, während ein nicht privilegierter CUDA-Kern auf der GPU ausgeführt wird.

Beide Angriffe führen zu vorzeitigem Verlust der Ladung in bestimmten Videopufferspeicherzellen, auf die die Angreifer keinen direkten Zugriff haben, was zu Änderungen der in diesen Zellen gespeicherten Bits führt. Die Möglichkeit, in den Speicher zu lesen und zu schreiben, der zum Adressraum der CPU gehört, wird durch das Eingreifen in die Funktionsweise des GPU-Speicher-Allocators (cudaMalloc) implementiert, um die Speicherisolierung der GPU zu stören und virtuelle GPU-Adressen auf willkürliche physische Adressen des GPU- oder CPU-Hauptspeichers abzubilden.

Das Eingreifen erfolgt durch Verzerrung der Bitwerte im Grafikspeicher, in dem sich die Seiten-Tabellen für den GPU-Speicher befinden, die für die Übersetzung virtueller Adressen in physische Adressen verantwortlich sind. Der Unterschied zwischen den Angriffen GDDRHammer und GeForge besteht darin, dass die Methode GDDRHammer die Seiten-Tabelle der letzten Ebene (PT – Last Level Page Table) modifiziert, während die Methode GeForge das Verzeichnis der letzten Ebene (PD0 – Last Level Page Directory) ändert.

Unter anderem werden die genannten Adresstranslationstabellen verwendet, um den direkten Zugriff der GPU auf den CPU-Speicher zu organisieren. Daher ermöglicht die Änderung der Adresse in der GPU-Seiten-Tabelle auf eine physische Adresse im Haupt-RAM sowie das Setzen des APERTURE-Flags, das den Modus für das Mapping des CPU-Speichers aktiviert, das Lesen und Schreiben von Daten mit Zugriff auf den Hauptspeicher über den PCIe-Bus bei deaktiviertem IOMMU (standardmäßig deaktiviert).

Erfolgreiche Angriffe wurden für die leistungsstarken professionellen NVIDIA RTX A6000 Grafikkarten auf Basis der Mikroarchitektur Ampere demonstriert (die Preise für neue Karten beginnen bei 6850 $, während gebrauchte bei 4000 $ beginnen) sowie für die Verbraucher-Modelle NVIDIA RTX 3060 (250-300 $). Die entwickelte Umgehungstechnik des Rowhammer-Schutzes in Kombination mit der Nutzung der im GPU bereitgestellten Parallelisierungsoperationen ermöglichte eine 64-fache Erhöhung der Häufigkeit von Zellverzerrungen im Vergleich zu früheren Angriffen. Als vorübergehende Maßnahme zur Blockierung der Angriffe kann durch das Kommando „nvidia-smi -e 1“ der ECC (Error Correcting Codes) Fehlerkorrekturmodus aktiviert werden, was jedoch zusätzliche Overheadkosten verursacht und potenziell umgangen werden kann, indem Angriffsstrategien wie ECCploit und ECC.fail eingesetzt werden.

Der RowHammer-Angriff ermöglicht es, den Inhalt einzelner Bits im DRAM-Speicher durch zyklisches Lesen von Daten aus benachbarten Speicherzellen zu verzerren. Da DRAM-Speicher als zweidimensionales Array von Zellen dargestellt wird, die jeweils aus einem Kondensator und einem Transistor bestehen, führt das kontinuierliche Lesen desselben Speicherbereichs zu Spannungsschwankungen und Anomalien, die zu einem minimalen Verlust der Ladung in benachbarten Zellen führen. Ist die Leseintensität hoch, kann die benachbarte Zelle eine ausreichend große Menge an Ladung verlieren, sodass der nächste Regenerationszyklus nicht in der Lage ist, ihren ursprünglichen Zustand wiederherzustellen, was zu einer Änderung des Wertes der in der Zelle gespeicherten Daten führt.

Die Rowhammer-Angriffsstrategie wurde 2014 vorgeschlagen, woraufhin zwischen Sicherheitsforschern und Hardwareherstellern ein Katz-und-Maus-Spiel begann — die Speicherhersteller versuchten, die Schwachstelle zu blockieren, während die Forscher neue Wege fanden, sie zu umgehen. Zum Beispiel haben die Chip-Hersteller zur Abwehr von RowHammer einen TRR (Target Row Refresh) Mechanismus implementiert, der jedoch nur in speziellen Fällen Zellverzerrungen blockiert und nicht vor allen möglichen Angriffsvarianten schützt. Angriffsmethoden wurden für DDR3, DDR4 und DDR5 Chips in Systemen mit Intel-, AMD- und ARM-Prozessoren sowie für GDDR-Speicher von NVIDIA-GPUs entwickelt. Darüber hinaus wurden Wege gefunden, die ECC-Fehlerkorrektur zu umgehen, und es wurden Optionen für Angriffe über das Netzwerk und durch Ausführung von JavaScript-Code im Browser vorgeschlagen.

Quelle: opennet.ru