Rünnak Intel SGX-le, mis võimaldab konfidentsiaalsete andmete väljavõtmist või koodi täitmist anklaavis

Uuringud, mille viisid läbi Hiina Rahvavabastuse Armee Kaitse Tehnika Ülikooli, Singapuri Rahvusülikooli ja Zürichis asuva Šveitsi Föderaalse Tehnoloogiainstituudi teadlased, on välja töötanud uue rünnakumeetodi Intel SGX (Software Guard eXtensions) isoleeritud anklaavidele. Rünnaku nimeks on SmashEx ja see on tingitud murest reentrantsuse üle erandite töötlemisel Intel SGX runtime komponentide käitamise protsessis. Pakutud rünnakumeetod annab võimaluse, kui operatsioonisüsteemi all kontrollitakse, tuvastada konfidentsiaalsed andmed, mis asuvad anklaavis, või korraldada oma koodi kopeerimine anklaavi mällu ja selle täitmine.

Eksploitide prototüübid on ette valmistatud anklaavide jaoks, mille runtime põhineb Intel SGX SDK-l (CVE-2021-0186) ja Microsoft Open Enclave-l (CVE-2021-33767). Esimeses olukorras demonstreeriti RSA-võtme väljavõtmise võimalust, mis on kasutusel veebiserveris HTTPS-i jaoks, samas kui teises olukorras õnnestus tuvastada cURL utiliidi väljund, mis käivitatakse anklaavis. Haavatavus on juba tarkvaraliselt kõrvaldatud Intel SGX SDK versioonides 2.13 ja Open Enclave versioonis 0.17.1. Lisaks Intel SGX SDK ja Microsoft Open Enclave pakettidele ilmneb haavatavus ka Google Asylo, EdgelessRT, Apache Teaclave, Rust SGX SDK, SGX-LKL, CoSMIX ja Veracruz SDK-des.

Tuletame meelde, et tehnoloogia SGX (Software Guard Extensions) ilmus Intel Core kuuenda põlvkonna protsessorites (Skylake) ja pakub juhiseid, mis võimaldavad eraldada kasutajataseme rakendustele suletud mälupiirkondi — anklaave, mille sisu ei saa lugeda ega muuta isegi tuuma ja kodeeritud, mis töötab ring0, SMM ja VMM režiimides. Anklaavi koodile juhtimise üleandmine pole võimalik traditsiooniliste ülemineku funktsioonide ja registrite ning stack'i manipuleerimisega — anklaavidesse juhtimise üleandmiseks kasutatakse spetsiaalselt loodud uusi käske EENTER, EEXIT ja ERESUME, mis teostavad kontrolli. Samuti võib anklaavi pandud kood kasutada klassikalisi meetodeid funktsioonide kutsumiseks anklaavis ja spetsiaalset käsku väliste funktsioonide kutsumiseks. Füüsiliste rünnakute, näiteks DRAM-i mooduli ühendamise vastu kaitsmiseks kasutatakse anklaavi mälu krüpteerimist.

Probleem on seotud sellega, et SGX-tehnoloogia võimaldab operatsioonisüsteemil katkestada enclavi täitmise, genereerides riistvaralise erandi, ja enclavides ei ole nõuetekohaselt rakendatud primitiive sarnaste erandite aatomaarseks töötlemiseks. Erinevalt operatsioonisüsteemi tuumast ja tavapärastest rakendustest ei pääse enclavide sisene kood primitiivide juurde, et korraldada aatomseid tegevusi, kui töödeldakse asünkroonselt tekkivaid erandeid. Ilma nende aatomaarsete primitiivideta võib enclav olla igal ajal katkestatud ja täitmisele tagasi saadetud, isegi hetkel, kui enclavis täidetakse kriitilisi sektsioone ja see on ebaturvalises seisundis (näiteks kui CPU registrid ei ole salvestatud/taaselustatud).

SGX-tehnoloogia võimaldab normaalseks toimimiseks katkestada enclavi täitmise konfigureeritavate riistvaraliste eranditega. See omadus võimaldab enclavi käituskeskkondadel tegeleda sees-enklaavi erandite töötlemise või signaalide töötlemisega, kuid see võib samuti põhjustada tagasilöökide vigasid. SmashEx rünnak põhineb SDK-s esinevate puuduste ärakasutamisel, mille tõttu ei töödeldud erandi käsitleja kaudse kutse olukorda nõuetekohaselt. On oluline, et haavatavuse ärakasutamiseks peab ründajal olema võimalus katkestada enclavi täitmine, s.t. peab kontrollima süsteemikeskkonna tööd.

Pärast erandi genereermist saab ründaja väikese ajavahemiku, mille jooksul on võimalik katkestada täitmisvoog sisendparameetrite manipuleerimise kaudu. Eelkõige, omades juurdepääsu süsteemile (keskkonnale väljaspool enclavi), on võimalik luua uus erand kohe pärast enclavi sisenemise käsu (EENTER) täitmist, mis toob kaasa kontrolli tagastamise süsteemile faasis, kus enclavi jaoks virna seadistamine ei ole veel lõpetatud, sealhulgas salvestatakse CPU registrite olek.

Süsteem saab seejärel juhtimise tagasi anklavile, kuid kuna anklavi virn ei olnud katkestuse ajal seadistatud, toimub anklavi täitmine süsteemi mälu virnaga, mida saab kasutada Tootsuretusorientatsiooni programmeerimise (ROP - Return-Oriented Programming) meetodite rakendamiseks. ROP tehnika kasutamisel ei püüa ründaja oma koodi mälu paigutada, vaid opereerib juba laaditud raamatukogude masinakeele käskudega, mis lõpevad juhtimise tagastamise käsklusega (tavaliselt on need raamatukogufunktsioonide lõpp). Eksplooti töö seisneb sarnaste plokkide („gadgetide”) tšentide kujundamises soovitud funktsionaalsuse saavutamiseks.

Allikas: opennet.ru