נקודות תורפה בתת-מערכת eBPF המאפשרות עקיפת הגנה מפני התקפות Spectre

זוהתה פגיעות בליבת לינוקס (CVE-2021-33624) המאפשרת להשתמש בתת-מערכת eBPF כדי לעקוף הגנה מפני פרצות מחלקות Spectre, המאפשרות לקבוע את תוכן הזיכרון כתוצאה מיצירת תנאים עבור ביצוע ספקולטיבי של פעולות מסוימות. מתקפת ספקטר דורשת נוכחות של רצף מסוים של פקודות בקוד מיוחס שמוביל לביצוע ספקולטיבי של הוראות. על ידי מניפולציה של תוכניות BPF המועברות לביצוע, ניתן ליצור הוראות דומות ב-eBPF ולהדליף את התוכן של זיכרון הליבה ואזורים שרירותיים של זיכרון פיזי דרך ערוצי צד.

הפגיעות נגרמת על ידי פגמים במאמת, המשמש לאיתור שגיאות ופעילות לא מקובלת בתוכניות BPF. המאמת מונה נתיבי ביצוע אפשריים של קוד, אך מדלג על אפשרויות הסתעפות שאינן מקובלות מנקודת המבט של הסמנטיקה של ארכיטקטורת ערכת ההוראות. בעת הפעלת תוכנית BPF, אפשרויות הסתעפות כאלה שאינן נלקחות בחשבון על ידי המאמת יכולות להיות חזוי שגוי על ידי המעבד ולהפעיל במצב ספקולטיבי. לדוגמה, בעת ניתוח פעולת ה"טעינה", המאמת מצפה שההוראה משתמשת בפנקס עם כתובת שערכה נמצא תמיד בגבולות שצוינו, אך תוקף יכול ליצור תנאים שבהם המעבד ינסה לבצע פעולה ספקולטיבית עם כתובת שאינה עומדת בתנאי האימות.

הבעיה מופיעה מאז שחרורו של ליבה 4.15 ותוקנה בצורה של תיקונים (1, 2, 3, 4). הפגיעות נשארת לא מתוקנת בהפצות (Debian, RHEL, Ubuntu, Fedora, SUSE, Arch).

בנוסף, אתה יכול לציין את ההערה לגבי השפעת הביצועים של כלים להגנה מפני פגיעויות של Spectre. ההערה מסכמת את תוצאות האופטימיזציה של מאתר הבאגים rr (Record and Replay), אשר נוצר בעבר במוזילה כדי לאתר שגיאות שקשה לחזור עליהן בפיירפוקס. שמירה במטמון של קריאות המערכת ששימשו לבדיקת קיומן של ספריות הפחיתה את פעולת "מקורות rr" עבור פרויקט הבדיקה מ-3 דקות 19 שניות ל-36 שניות.

מחבר האופטימיזציה החליט לבדוק כיצד הביצועים ישתנו לאחר השבתת הגנת Spectre. לאחר אתחול המערכת עם הפרמטר "מיטigations=off", זמן הביצוע של "rr sources" ללא אופטימיזציה היה 2 דקות ו-5 שניות (פי 1.6 מהיר יותר), ועם אופטימיזציה הוא היה 33 שניות (מהיר ב-9%). באופן מעניין, השבתת הגנת Spectre לא רק הפחיתה את זמן ביצוע הקוד ברמת הליבה פי 1.4 (מ-2m9s ל-1m32s), אלא גם צמצמה בחצי את זמן הביצוע במרחב המשתמש (מ-1m9s ל-0m33s), ככל הנראה בגלל יעילות מופחתת של פעולת מטמון CPU ו-TLB מתאפס כאשר הגנת Spectre מופעלת.

מקור: OpenNet.ru