ZenHammer — eine Angriffsform zur Veränderung des Speicherinhalts auf AMD Zen-Plattformen

Forscher der ETH Zürich haben eine Angriffsmethode namens ZenHammer entwickelt, die eine Variation der RowHammer-Angriffe darstellt, um den Inhalt einzelner Bits im dynamischen Arbeitsspeicher (DRAM) zu verändern, angepasst für die Nutzung auf Plattformen mit AMD-Prozessoren. Frühere RowHammer-Angriffsmethoden beschränkten sich auf Systeme mit Intel-Prozessoren, jedoch zeigte die durchgeführte Studie, dass auch Verzerrungen in Speichermodulen auf Plattformen mit AMD-Speichercontrollern erzielt werden können.

Die Funktionsweise der Methode wurde auf AMD Zen 2- und Zen 3-Systemen mit DDR4-Speicher von drei führenden Herstellern (Samsung, Micron und SK Hynix) demonstriert. Der Angriff erlaubt es, den in den Speichermodulen implementierten TRR-Mechanismus (Target Row Refresh) zu umgehen, der zum Schutz vor Verzerrungen in benachbarten Zeilen gedacht ist. Laut den Forschern sind Systeme auf Basis des AMD Zen 3-CPUs anfälliger als Systeme mit Intel Coffee Lake-Prozessoren und einfacher sowie effektiver anzugreifen. Bei AMD Zen 2-Systemen konnten Verzerrungen in 7 von 10 getesteten DDR4-Chips erreicht werden, bei Zen 3 in 6 von 10. Die Forscher analysierten auch die Möglichkeit eines Angriffs auf AMD Zen 4-Systeme mit DDR5-Speicher, jedoch konnte die für DDR4 entwickelte Angriffsmethode nur auf 1 von 10 getesteten DDR5-Speichermodulen erfolgreich reproduziert werden, wobei die Angriffsmöglichkeit nicht ausgeschlossen, jedoch die Entwicklung effektiverer Lesemuster erforderlich ist, die für DDR5-Geräte geeignet sind.

Für die Arbeit mit AMD-Chips konnte eine zuvor entwickelte Exploit-Abwandlung angepasst werden, die den Inhalt von Page Table Entries (PTE) zur Erlangung von Kernelrechten ändert, die Passwort-/Berechtigungsprüfungen durch Modifikation des sudo-Prozesses umgeht und den im Speicher gehaltenen RSA-2048-öffentlichen Schlüssel in OpenSSH beschädigt, um den privaten Schlüssel wiederherzustellen. Der Angriff auf den Speicherseiten konnte bei 7 von 10 getesteten DDR4-Chips reproduziert werden, der Angriff auf den RSA-Schlüssel bei 6 Chips und der Angriff auf sudo bei 4 Chips, wobei die Angriffszeiten 164, 267 und 209 Sekunden betrugen.

Die Methode kann auch für Angriffe auf Systeme über Browser verwendet werden, um Änderungen vorzunehmen aus virtuelle Maschinen oder um einen Netzangriff zu organisieren. Auf GitHub ist unter der MIT-Lizenz der Quellcode des DARE-Tools zum Reverse Engineering der Adressierung im DRAM-Speicher verfügbar, sowie zwei Sets von Utilities für Fuzzing-Tests zur Verzerrung von Bits im Speicher – ddr4_zen2_zen3_pub für DDR4-Chips (Zen 2 und Zen 3) und ddr5_zen4_pub für DDR5-Chips (Zen 4), die verwendet werden können, um die eigenen Systeme auf Anfälligkeit gegenüber Angriffen zu überprüfen.

Für die Bitverzerrung wird die RowHammer-Methode verwendet, die auf der Tatsache beruht, dass im DRAM-Speicher, der ein zweidimensionales Array von Zellen besteht, die aus einem Kondensator und einem Transistor bestehen, das kontinuierliche Lesen eines bestimmten Speicherbereichs zu Spannungsschwankungen und Anomalien führt, die einen kleinen Verlust der Ladung benachbarter Zellen verursachen. Wenn die Lesetaktung hoch ist, kann die benachbarte Zelle genug Ladung verlieren, sodass der nächste Regenerationszyklus nicht in der Lage ist, ihren ursprünglichen Zustand wiederherzustellen, was zu einer Änderung des in der Zelle gespeicherten Wertes führt. Im Verlauf der Forschung wurden Besonderheiten der in AMD-Prozessoren verwendeten Mechanismen zur Zuordnung physischer Speichereinheiten und zur Synchronisation mit der Speicheraktualisierung identifiziert, die es ermöglichten, eine Low-Level-Adressierung von DRAM zu rekonstruieren, Adressen benachbarter Zellen zu bestimmen, Umgehungsmethoden für das Caching zu entwickeln und Muster sowie Frequenzen von Operationen zu berechnen, die zu Ladungsverlust führen.

Um sich gegen RowHammer zu schützen, verwenden Chip-Hersteller den TRR-Mechanismus (Target Row Refresh), der Verzerrungen in bestimmten Fällen blockiert, jedoch nicht vor allen möglichen Angriffsvarianten schützt. Die effektivste Schutzmethode bleibt der Einsatz von Speicher mit Fehlerkorrekturcodes (ECC), die Angriffe nach dem RowHammer-Prinzip erheblich erschweren, jedoch nicht vollständig ausschließen. Eine Erhöhung der Regenerationsfrequenz des Speichers kann ebenfalls die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Angriffs verringern.

Das Unternehmen AMD hat einen Bericht über das Problem veröffentlicht, in dem erklärt wird, dass in den AMD-Prozessoren Speicherkontroller verwendet werden, die den DDR-Spezifikationen entsprechen. Da der Erfolg des Angriffs in erster Linie von den Systemeinstellungen und dem DRAM-Speicher abhängt, sollten bei Fragen zur Behebung des Problems die Speicherhersteller und Systemanbieter kontaktiert werden. Zu den bestehenden Methoden zur Erschwerung von Rowhammer-Angriffen wird die Verwendung von ECC-Speicher, die Erhöhung der Speicherrenewal-Rate, das Deaktivieren des Deferred Refresh-Modus und die Verwendung von Prozessoren mit Controllern, die den MAC (Maximum Activate Count) Modus für DDR4 (1., 2. und 3. Generation AMD EPYC „Naple“, „Rome“ und „Milan“) und RFM (Refresh Management) für DDR5 (4. Generation AMD EPYC) unterstützen, erwähnt.

Quelle: opennet.ru