GPUHammer — varijanta Rowhammer napada na GPU memoriju

Istraživači sa Sveučilišta u Torontu predstavili su prvi Rowhammer napad koji se koristi za manipulaciju sadržajem grafičke memorije. Mogućnost izvođenja napada koji dovodi do zamjene do 8 bita podataka demonstrirana je na diskretnom GPU NVIDIA A6000 s GDDR6 memorijom. Kao praktičan primjer pokazano je kako se takva manipulacija može koristiti za ometanje izvršavanja modela strojnog učenja i značajno (s 80% na 0,1%) smanjenje točnosti rezultata koje oni pružaju promjenom vrijednosti samo jednog bita.

Do sada je stvaranje Rowhammer napada za grafičku memoriju bilo otežano zbog složenosti određivanja fizičkog rasporeda memorije u GDDR čipovima, velikih kašnjenja pri pristupu memoriji (4 puta sporije) i viših frekvencija osvježavanja memorije. Osim toga, provođenju istraživanja otežavali su zaštitni mehanizmi protiv manipulacija koji uzrokuju prerano gubitak naboja u GDDR čipovima, za analizu kojih su bili potrebni posebni hardverski testni sustavi temeljen na FPGA.

Za proučavanje grafičke memorije istraživači su razvili novu tehniku obrnute inženjeringa GDDR DRAM-a, a u samom napadu koristili su optimizacije pristupa memoriji primjenjivane za organizaciju paralelnih izračuna, koje su korištene kao pojačivači intenziteta pristupa pojedinačnim ćelijama. Za izvođenje napada na NVIDIA GPU korišten je niskonivo kod CUDA.

U korisničkom kodu CUDA ne dolazi do poziva na fizičke adrese memorije, ali se u NVIDIA upravljačkom programu virtualna memorija odražava u istu fizičku memoriju, što su istraživači iskoristili za izračunavanje pomaka virtualne memorije i određivanje rasporeda memorijskih banaka. Prepoznavanje poziva različitim bankama memorije izvršeno je analizom kašnjenja koja su se razlikovala pri pristupu jednoj ili više banaka memorije.

U sustavima koji zajednički koriste GPU, kao što su servere Za izvođenje modela strojnog učenja, napad omogućuje jednom korisniku da promijeni sadržaj video memorije s podacima drugog korisnika. Kao mjeru zaštite, tvrtka NVIDIA preporučuje uključivanje kodova ispravke pogrešaka (ECC, Error Correction Codes) pomoću naredbe „nvidia-smi -e 1“ ili korištenje serija grafičkih kartica koje podržavaju OD-ECC (On-Die ECC), poput GeForce RTX 50, RTX PRO, GB200, B200, B100, H100, H200, H20 i GH200.

Prema podacima istraživača, uključivanje ECC na sustavima s GPU A6000 dovodi do smanjenja performansi izvođenja modela strojnog učenja za otprilike 10% i smanjenja volumena memorije za 6.25%. Alati za izvođenje napada i provođenje obrnute inženjeringa niskonivojske raspodjele video memorije na sustavima s GPU NVIDIA objavljeni su na GitHubu.

Napad RowHammer omogućuje iskrivljavanje sadržaja pojedinačnih bitova DRAM memorije cikličnim čitanjem podataka iz susjednih ćelija memorije. Budući da DRAM memorija predstavlja dvodimenzionalnu matricu ćelija, od kojih svaka sastoji od kondenzatora i tranzistora, kontinuirano čitanje istog područja memorije dovodi do fluktuacije napona i anomalija koje uzrokuju malu gubitak naboja u susjednim ćelijama. Ako je intenzitet čitanja velik, susjedna ćelija može izgubiti dovoljno velike količine naboja i sljedeći ciklus regeneracije neće uspjeti obnoviti njezino prvobitno stanje, što će rezultirati promjenom vrijednosti spremljenih podataka u ćeliji.

Metoda napada Rowhammer predložena je 2014. godine, nakon čega je započela igra „mačke i mišići“ između istraživača sigurnosti i proizvođača opreme — proizvođači čipova za memoriju pokušavali su blokirati ranjivost, dok su istraživači pronalazili nove načine kako je zaobići. Na primjer, za zaštitu od RowHammer, proizvođači čipova dodali su mehanizam TRR (Target Row Refresh), no pokazalo se da on blokira ometanje ćelija samo u nekim slučajevima, ali ne štiti od svih mogućih vrsta napada. Metode napada razvijene su za čipove DDR3, DDR4 i DDR5 na sustavima s Intel, AMD i ARM procesorima. Također, pronađeni su načini za zaobilaženje ispravke pogrešaka ECC i predložene varijante izvođenja napada putem mreže i putem izvršavanja JavaScript koda u pregledniku.

Izvor: opennet.ru