GPUHammer — Rowhammer rünnaku variant GPU mälule

Toronto Ülikooli teadlased on esitanud esimese Rowhammer tüüpi rünnaku, mis on suunatud videomälu sisu moonutamisele. Rünnakuvõime, mis võimaldab asendada kuni 8 bitti andmeid, on demonstreeritud NVIDIA A6000 eraldiseisvas GPU-s, millel on GDDR6 videomälu. Praktilise näitena on näidatud, kuidas sellist moonutust saab kasutada masinõppe mudelite täitmise häirimiseks ja tulemuste täpsuse olulisel (80%-lt 0.1%-le) vähenemisel, kui muuta ainult ühe bitti väärtust.

Siiani on olnud Rowhammer tüüpide rünnakute loomine videomälule keeruline, kuna GDDR mälu kiipide füüsilise paigutuse määramine on kompleksne, mälu juurde pääsemise viivitused on neli korda pikemad ning mälu uuendamise sagedus on kõrgem. Lisaks takistasid uuringute läbiviimist GDDR kiipides kasutusjärgu kaitsemekanismid, mis takistasid enneaegset laengu kadu, ja nende analüüsiks oli vajalik spetsiaalsete FPGA-põhiste seadmete loomine.

Videomälu uurimiseks töötasid teadlased välja uue GDDR DRAM pöördinseneritehnika, ning rünnakus kasutasid nad mälupääsu optimeerimise tehnikaid, mis olid suunatud paralleelsete arvutuste organiseerimisele ning said kasutada intensiivsuse suurendajatena eraldi mälurakkude juurde pääsemiseks. NVIDIA GPU rünnaku läbiviimiseks kasutati madalat taset CUDA koodi.

CUDA kasutajakoes ei tehta pöördumist füüsilistele mälu aadressidele, kuid NVIDIA draiveris peegeldati virtuaalset mälu samasse füüsilisse mälu, mida teadlased kasutasid virtuaalse mälu nihke arvutamiseks ja mäepankade paigutuse määratlemiseks. Erinevate mälupankade aadresside tunnustamine toimus viivituste analüüsi kaudu, mis erinevad mälupankadele ligipääsemisel.

Süsteemides, kus kasutatakse koos GPU-sid, nagu serverid Masinõppemudelite täitmiseks võimaldab rünne ühel kasutajal muuta teise kasutaja videomälu sisu. Kaitsemeetmena soovitab ettevõte NVIDIA aktiveerida vigade paranduskoodid (ECC, Error Correction Codes) käsuga "nvidia-smi -e 1" või kasutada videokaardisarju, mis toetavad OD-ECC (On-Die ECC), nagu GeForce RTX 50, RTX PRO, GB200, B200, B100, H100, H200, H20 ja GH200.

Uuringute kohaselt põhjustab ECC sisselülitamine A6000 GPU-de süsteemides masinõppemudelite sooritamise efektiivsuse vähenemist umbes 10% ja mälu maht väheneb 6,25%. Rünnakute tegemiseks ja NVIDIA GPU-de madala taseme videomälu paigutuse tagasiarvutamiseks mõeldud tööriistakomplekt on avaldatud GitHubis.

RowHammeri rünnak võimaldab moonutada individuaalsete DRAM mälubittide sisu, lugedes andmeid naaberrakkudest tsükliliselt. Kuna DRAM mälu on kahe mõõtmega rakke sisaldav array, kus iga rakk koosneb kondensaatorist ja transistorki, toob sama ala pidev lugemine kaasa pingefluktuaatsioone ja anomaaliaid, mis põhjustavad naaberrakkude väikese laengukaotuse. Kui lugemise intensiivsus on suur, võib naabruses olev rakk kaotada piisavalt suurt laenguhulka, mille tõttu järgmine regeneratsioonitsükkel ei suuda taastada selle algset olekut, mis toob kaasa andmete väärtuse muutumise rakus.

Rowhammeri rünnakumeetod tutvustati 2014. aastal, mille järel algas turvauurijate ja seadmete tootjate vahel mäng 'kass ja hiir' — mälukiipide tootjad püüdsid haavatavust blokeerida, samas kui uurijad leidsid uusi viise selle ületamiseks. Näiteks lisasid mälukiipide tootjad RowHammeri kaitseks TRR (Target Row Refresh) mehhanismi, kuid selgus, et see blokeerib rakkude moonutamise vaid erandides, kuid ei kaitse kõigi võimalike rünnakute variantide eest. Rünnakumeetodid on välja töötatud DDR3, DDR4 ja DDR5 kiipidele Intel, AMD ja ARM protsessorite süsteemides. Samuti on leitud viise ECC vigade paranduse ületamiseks ning pakutud välja rünnakute tegemise võimalusi võrgu kaudu ja brauseris JavaScript kodeerimise kaudu.

Allikas: opennet.ru