שתי התקפות על מנגנון חיזוי ערוץ המטמון במעבדי AMD

קבוצת חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של גראץ (אוסטריה), ידועה בעבר בפיתוח שיטות תקיפה MDS, NetSpectre, פטיש לזרוק и זומבי, ערכו מחקר על אופטימיזציות חומרה ספציפיות למעבדי AMD ו התפתח שתי שיטות חדשות של התקפות ערוץ צדדי המטפלות בדליפות נתונים במהלך פעולת מנגנון חיזוי ערוץ המטמון LXNUMX של מעבדי AMD. ניתן להשתמש בטכניקות כדי להפחית את האפקטיביות של הגנת ASLR, לשחזר מפתחות ביישומי AES פגיעים ולהגביר את האפקטיביות של מתקפת Spectre.

זוהו בעיות ביישום מנגנון חיזוי הערוצים (מנבא דרך) במטמון הנתונים ברמה הראשונה (L1D) של המעבד, המשמש לניבוי איזה ערוץ מטמון מכיל כתובת זיכרון מסוימת. האופטימיזציה המשמשת במעבדי AMD מבוססת על בדיקת μ-tags (μTag). μTag מחושב על ידי החלת פונקציית Hash ספציפית על הכתובת הווירטואלית. במהלך הפעולה, מנוע חיזוי הערוצים משתמש ב-μTag כדי לקבוע את ערוץ המטמון מהטבלה. לפיכך, μTag מאפשר למעבד להגביל את עצמו לגישה לערוץ ספציפי בלבד, מבלי לחפש בכל האפשרויות, מה שמפחית משמעותית את צריכת האנרגיה של המעבד.

במהלך הנדסה לאחור של הטמעת מערכת חיזוי הערוצים בדורות שונים של מעבדי AMD שפורסמו מ-2011 עד 2019, זוהו שתי טכניקות התקפה חדשות של ערוץ צדדי:

• Collide+Probe - מאפשר לתוקף לעקוב אחר גישה לזיכרון עבור תהליכים הפועלים על אותה ליבת מעבד לוגית. המהות של השיטה היא להשתמש בכתובות וירטואליות הגורמות להתנגשויות בפונקציית ה-hash המשמשת לחישוב μTag כדי לעקוב אחר גישה לזיכרון. בניגוד למתקפות Flush+Reload ו-Prime+Probe המשמשות על מעבדי אינטל, Collide+Probe אינו משתמש בזיכרון משותף ועובד ללא ידיעת כתובות פיזיות.
• Load+Reload - מאפשר לקבוע במדויק מאוד את עקבות הגישה לזיכרון על אותה ליבת CPU פיזית. השיטה מבוססת על העובדה שתא זיכרון פיזי יכול להיות במטמון L1D רק פעם אחת. הָהֵן. גישה לאותו תא זיכרון בכתובת וירטואלית אחרת תגרום לפינוי התא מהמטמון L1D, מה שמאפשר מעקב אחר גישה לזיכרון. למרות שהמתקפה מסתמכת על זיכרון משותף, היא לא שוטפת קווי מטמון, מה שמאפשר התקפות חמקנות שאינן מוציאות נתונים מהמטמון ברמה האחרונה.

בהתבסס על טכניקות Collide+Probe ו-Load+Reload, החוקרים הדגימו מספר תרחישי תקיפה של ערוץ צדדי:

• מוצגת האפשרות להשתמש בשיטות לארגון ערוץ תקשורת עקיף נסתר בין שני תהליכים, המאפשרים העברת נתונים במהירויות של עד 588 קילובייט לשנייה.
• באמצעות התנגשויות ב-μTag, ניתן היה להפחית אנטרופיה עבור גרסאות שונות של ASLR (Address Space Layout Randomization) ולעקוף הגנת ASLR בקרנל במערכת לינוקס מעודכנת לחלוטין. מוצגת האפשרות לבצע תקיפה להפחתת אנטרופיית ASLR הן מיישומי משתמש והן באמצעות קוד JavaScript המבוצע בסביבת ארגז חול וקוד הפועל בסביבת אורח אחרת.
  

• בהתבסס על שיטת Collide+Probe, הוטמעה התקפה כדי לשחזר את מפתח ההצפנה מיישום פגיע (בהתבסס על T-שולחן) הצפנת AES.
• על ידי שימוש בשיטת Collide+Probe כערוץ רכישת נתונים, מתקפת Spectre הצליחה לחלץ נתונים פרטיים מהקרנל מבלי להשתמש בזיכרון משותף.

הפגיעות מתרחשת במעבדי AMD המבוססים על מיקרו-ארכיטקטורות
בולדוזר, Piledriver, Steamroller, Zen (Ryzen, Epic), Zen+ ו-Zen2.
AMD קיבלה הודעה על הבעיה ב-23 באוגוסט 2019, אך עד כה לא פרסם את הדו"ח עם מידע על חסימת הפגיעות. לטענת החוקרים, ניתן לחסום את הבעיה ברמת עדכון המיקרוקוד על ידי אספקת סיביות MSR כדי להשבית באופן סלקטיבי את מערכת חיזוי הערוצים, בדומה למה שעשתה אינטל כדי לשלוט על השבתת מנגנוני חיזוי ענפים.

מקור: OpenNet.ru