eBPF alamsüsteemi haavatavused, mis võimaldavad Spectre rünnakute kaitse ületamist

Linuxi südames avastati haavatavus (CVE-2021-33624), mis võimaldab kasutada eBPF alamsüsteemi Spectre tüüpi haavatavuste kaitse ületamiseks, mis võivad võimaldada mälusisalduse määramist teatud operatsioonide spekulatiivse täitmise tingimuste loomise kaudu. Spectre rünnaku jaoks on vaja, et privileege omavas koodis oleks kindel käskude jada, mis viib spekulatiivsete instruktsioonide täitmiseni. BPF-programmide täitmiseks edastatavate manipuleerimiste kaudu on võimalik generatsiooni sarnaseid instruktsioone eBPF-s ning saavutada mälusisalduse ja juhuslike füüsilise mäluruumide väljalekkeid küljelt.

Haavatavus on põhjustatud tulemuslikkuse leidmise veidrustest, mis on rakendatud BPF-programmide vigade ja lubamatu aktiivsuse määramiseks. Verifikaator läbib koodi täitmise võimalikke teid, kuid jätab vahele haru valikud, mis on semantika arhitektuuri käsu komplekti vaatepunktist sobimatud. BPF-programmi täitmise ajal võivad verifikaatori arvestamata jäetud haru valikud protsessori poolt vale ennustuse tõttu spekulatiivselt täituda. Näiteks 'load' operatsiooni analüüsi käigus arvutab verifikaator, et käsus on kasutusel register aadressiga, mille väärtus jääb alati ettenähtud piiridesse, kuid ründaja võib luua tingimused, mille tõttu protsessor üritab spekulatiivselt täita operatsiooni aadressiga, mis ei vasta kontrolltingimustele.

Probleem ilmneb alates tuuma versioonist 4.15 ja on kõrvaldatud patchide (1, 2, 3, 4) kujul. Jaotustes jääb haavatavus siiski parandamata (Debian, RHEL, Ubuntu, Fedora, SUSE, Arch).

Lisaks on märgitud, et Spectre tüüpi haavatavustega kaitsevahendite mõju jõudlusele on märkimisväärne. Märkmes on kokkuvõtlikult esitatud optimiseerimise tulemused debuggeri rr (Record and Replay) osas, mis loodi omal ajal Mozilla poolt Firefoxis korduvate vigade tõrkeotsimiseks. Süsteemivabade alluvate kutsungite vahemälustamine võimaldas vähendada 'rr sources' operatsiooni täitmise aega testprojekti puhul 3 minutist 19 sekundist 36 sekundini.

Optimeerimise autor kontrollis, kui palju muutub jõudlus pärast Spectre'i kaitse välja lülitamist. Pärast süsteemi käivitamist parameetriga "mitigations=off" oli optimeerimata "rr sources" töötlusaeg 2 minutit 5 sekundit (1,6 korda kiiremini), ning optimeeritud versiooni puhul 33 sekundit (9% kiiremini). Huvi pakub, et Spectre'i kaitse välja lülitamine mitte ainult ei lühendanud koodi töötlusaega tuumatasemel 1,4 korda (2m9s-lt 1m32s-ks), vaid ka halvendas kasutaja ruumis töötlusaega kaks korda (1m9s-lt 0m33s-ks), eeldatavasti seoses CPU vahemälu ja TLB tühjendamise efektiivsuse vähenemisega Spectre'i kaitse sisselülitamise korral.

Allikas: opennet.ru