דליפת נתונים דרך אוטובוס הטבעת של Intel CPU

צוות חוקרים מאוניברסיטת אילינוי פיתח טכניקת תקיפה חדשה של ערוץ צדדי המטפל בדליפת מידע דרך ה-Ring Interconnect של מעבדי אינטל. המתקפה מאפשרת לך להדגיש מידע על שימוש בזיכרון באפליקציה אחרת ולעקוב אחר מידע תזמון הקשות. החוקרים פרסמו כלים לביצוע מדידות קשורות ומספר ניצול אב טיפוס.

הוצעו שלושה ניצולים שיאפשרו:

• שחזר סיביות בודדות של מפתחות הצפנה בעת שימוש ביישומי RSA ו-EdDSA הפגיעים להתקפות ערוצים צדדיים (אם עיכובים בחישוב תלויים בנתונים המעובדים). לדוגמה, דליפה של ביטים בודדים עם מידע על וקטור האתחול (nonce) של EdDSA מספיקה כדי להשתמש בהתקפות כדי לשחזר ברצף את כל המפתח הפרטי. התקיפה קשה ליישום בפועל וניתן לבצעה במספר רב של הסתייגויות. לדוגמה, פעולה מוצלחת מוצגת כאשר SMT (HyperThreading) מושבת והמטמון LLC מפולח בין ליבות המעבד.
• הגדר פרמטרים לגבי עיכובים בין הקשות. העיכובים תלויים במיקום המקשים ומאפשרים, באמצעות ניתוח סטטיסטי, ליצור מחדש את הנתונים שהוזנו מהמקלדת בהסתברות מסוימת (לדוגמה, רוב האנשים בדרך כלל מקלידים "s" אחרי "a" הרבה יותר מהר מאשר "g" אחרי "ס").
• ארגן ערוץ תקשורת נסתר להעברת נתונים בין תהליכים במהירות של כ-4 מגה-ביט לשנייה, שאינו משתמש בזיכרון משותף, מטמון מעבד ומשאבים ומבני מעבד ספציפיים לליבה למעבד. יצוין כי קשה מאוד לחסום את השיטה המוצעת ליצירת ערוץ סמוי בשיטות קיימות של הגנה מפני התקפות ערוץ צדדי.

ניצול אינו דורש הרשאות מוגברות ויכול לשמש משתמשים רגילים וחסרי הרשאות. יצוין כי ניתן להתאים את המתקפה לארגון דליפת נתונים בין מכונות וירטואליות, אך נושא זה היה מעבר להיקף המחקר ולא בוצעו בדיקות של מערכות וירטואליזציה. הקוד המוצע נבדק על מעבד Intel i7-9700 ב-Ubuntu 16.04. באופן כללי, שיטת ההתקפה נוסתה על מעבדים שולחניים ממשפחת Intel Coffee Lake ו-Skylake, והיא עשויה להתאים גם למעבדי שרת Xeon ממשפחת Broadwell.

טכנולוגיית Ring Interconnect הופיעה במעבדים המבוססים על המיקרו-ארכיטקטורה של Sandy Bridge ומורכבת ממספר אוטובוסים בלולאה המשמשים לחיבור ליבות מחשוב וגרפיקה, גשר שרת ומטמון. המהות של שיטת ההתקפה היא שבגלל מגבלת רוחב הפס של אוטובוס הטבעת, פעולות זיכרון בתהליך אחד מעכבות גישה לזיכרון של תהליך אחר. על ידי זיהוי פרטי הטמעה באמצעות הנדסה לאחור, תוקף יכול ליצור עומס שגורם לעיכובים בגישה לזיכרון בתהליך אחר ולהשתמש בעיכובים אלה כערוץ צדדי להשגת מידע.

התקפות על אוטובוסים פנימיים של CPU נפגעות מחוסר מידע על הארכיטקטורה ושיטות הפעולה של האוטובוס, כמו גם רמת רעש גבוהה, מה שמקשה על בידוד נתונים שימושיים. ניתן היה להבין את עקרונות הפעולה של האוטובוס באמצעות הנדסה לאחור של הפרוטוקולים המשמשים בעת העברת נתונים דרך האוטובוס. מודל סיווג נתונים המבוסס על שיטות למידת מכונה שימש להפרדת מידע שימושי מרעש. המודל המוצע איפשר לארגן מעקב אחר עיכובים במהלך חישובים בתהליך ספציפי, בתנאים שבהם מספר תהליכים ניגשים לזיכרון בו זמנית וחלק מסוים מהנתונים מוחזר ממטמון המעבד.

בנוסף, אנו יכולים לשים לב לזיהוי עקבות של שימוש בניצול עבור הגרסה הראשונה של פגיעות ה-Spectre (CVE-2017-5753) במהלך התקפות על מערכות לינוקס. הניצול משתמש בדליפת מידע ערוץ צדדי כדי למצוא בלוק-על בזיכרון, לקבוע את האינוד של הקובץ /etc/shadow ולחשב את כתובת עמוד הזיכרון כדי לאחזר את הקובץ ממטמון הדיסק.

מקור: OpenNet.ru