Sicherheitsanfälligkeit in der AMD-CPU, die es ermöglicht, den Schutzmechanismus SEV (Secure Encrypted Virtualization) zu umgehen.

Forscher des Helmholtz-Zentrums für Informationssicherheit (CISPA) haben eine neue Angriffsmethode, CacheWarp, veröffentlicht, die es ermöglicht, den Schutzmechanismus AMD SEV (Secure Encrypted Virtualization), der in Virtualisierungssystemen verwendet wird, um virtuelle Maschinen vor Eingriffen durch den Hypervisor oder den Administrator des Hosts zu schützen, zu kompromittieren. Die vorgeschlagene Methode ermöglicht es einem Angreifer mit Zugriff auf den Hypervisor, die Ausführung von fremdem Code und das Erlangen von erhöhten Rechten in einer durch AMD SEV geschützten virtuellen Maschine zu erreichen.

Der Angriff basiert auf der Ausnutzung einer Sicherheitsanfälligkeit (CVE-2023-20592), die durch falsche Handhabung des Caches bei der Ausführung des Prozessorbefehls INVD verursacht wird, durch die ein Inkonsistenz von Daten im Speicher und Cache erreicht werden kann, wodurch die Mechanismen zur Sicherstellung der Integrität des Speichers in virtuellen Maschinen, die auf SEV-ES- und SEV-SNP-Erweiterungen basieren, umgangen werden. Die Sicherheitsanfälligkeit betrifft AMD EPYC-Prozessoren der ersten bis dritten Generation.

Für die AMD EPYC-Prozessoren der dritten Generation (Zen 3) wurde das Problem in einem Mikrocode-Update, das gestern von AMD veröffentlicht wurde, behoben (der Patch führt nicht zu einer Leistungsminderung). Für die erste und zweite Generation der AMD EPYC-Prozessoren (Zen 1 und Zen 2) gibt es keinen Schutz, da diese CPUs keine Unterstützung für die SEV-SNP-Erweiterung bieten, die die Integritätskontrolle gewährleistet. virtuelle Maschinen. Die vierte Generation der AMD EPYC-Prozessoren "Genoa" auf Basis der Mikroarchitektur "Zen 4" ist von der Sicherheitsanfälligkeit nicht betroffen.

Die Technologie AMD SEV wird zur Isolierung virtueller Maschinen von Cloud-Anbietern wie Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, Microsoft Azure und Oracle Compute Infrastructure (OCI) eingesetzt. Der Schutz durch AMD SEV wird durch hardwarebasiertem Speicherverschlüsselung für virtuelle Maschinen realisiert. Zusätzlich erfolgt der Schutz der CPU-Register durch die SEV-ES (Encrypted State)-Erweiterung. Nur das aktuelle Gastbetriebssystem hat Zugriff auf die entschlüsselten Daten, während die anderen virtuelle Maschinen und der Hypervisor bei dem Versuch, auf diesen Speicher zuzugreifen, ein verschlüsseltes Datenset erhalten.

In der dritten Generation der AMD EPYC-Prozessoren wurde die zusätzliche Erweiterung SEV-SNP (Secure Nested Paging) implementiert, die einen sicheren Umgang mit verschachtelten Speicherseiten ermöglicht. Neben der allgemeinen Speicherverschlüsselung und der Isolierung von Registern bietet SEV-SNP zusätzliche Mittel zum Schutz der Integrität des Speichers, die Änderungen an der VM durch den Hypervisor verhindern. Die Verwaltung der Verschlüsselungsschlüssel erfolgt über die auf dem Chip integrierte separate Prozessor PSP (Platform Security Processor), die auf der ARM-Architektur basiert.

Die Kernaussage der vorgeschlagenen Angriffsmethode besteht darin, die INVD-Anweisung zu verwenden, um Blöcke (Zeilen) im Cache von schmutzigen Seiten ohne das Zurückschreiben der im Cache angesammelten Daten in den Speicher (write-back) zu annullieren. Dadurch ermöglicht die Methode, geänderte Daten aus dem Cache zu verdrängen, ohne den Zustand des Speichers zu ändern. Für die Durchführung des Angriffs wird vorgeschlagen, Software-Exzeptionen (Fault Injection) zu nutzen, um die Arbeit der virtuellen Maschine an zwei Stellen zu unterbrechen: An der ersten Stelle ruft der Angreifer die Anweisung „wbnoinvd“ auf, um alle im Cache gesammelten Schreibvorgänge in den Speicher zurückzusetzen, und an der zweiten Stelle ruft er die Anweisung „invd“ auf, um nicht im Speicher reflektierte Schreibvorgänge in den ursprünglichen Zustand zurückzuführen.

Um die Systeme auf Schwachstellen zu prüfen, wurde ein Prototyp eines Exploits veröffentlicht, der es ermöglicht, eine Ausnahme in eine durch AMD SEV geschützte virtuelle Maschine einzuschleusen und nicht ins Gedächtnis zurückgeführte Änderungen in der VM in den alten Zustand zurückzusetzen. Der Rücksetzvorgang kann verwendet werden, um den Ablauf eines Programms zu ändern, indem die alte Rücksprungadresse im Stack zurückgegeben wird, oder um Parameter einer alten Sitzung, für die zuvor eine Authentifizierung durchgeführt wurde, zurückzugeben, indem der Authentifizierungswert wiederhergestellt wird.

Beispielsweise haben Forscher die Möglichkeit demonstriert, die Methode CacheWarp anzuwenden, um einen Bellcore-Angriff auf die Implementierung des RSA-CRT-Algorithmus in der Bibliothek ipp-crypto durchzuführen, was es ermöglichte, den privaten Schlüssel durch Fehlerersetzung bei der Berechnung der digitalen Signatur wiederherzustellen. Es wurde auch gezeigt, wie man die Parameter für die Sitzungsüberprüfung von OpenSSH bei einer Remote-Verbindung zum Gastbetriebssystem manipulieren kann, um dann den Überprüfungsstatus bei der Ausführung des Befehls sudo für die Erlangung von Root-Rechten in Ubuntu 20.04 zu ändern. Der Exploit wurde auf Systemen mit AMD EPYC 7252, 7313P und 7443 getestet.

Quelle: opennet.ru