ახალი შეტევა Intel და AMD პროცესორების მიკროარქიტექტურულ სტრუქტურებზე

ვირჯინიის უნივერსიტეტისა და კალიფორნიის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა წარმოადგინა ახალი ტიპის თავდასხმა Intel და AMD პროცესორების მიკროარქიტექტურულ სტრუქტურებზე, რომელიც გამოვლინდა არადოკუმენტირებული CPU შესაძლებლობების საპირისპირო ინჟინერიის დროს. შემოთავაზებული შეტევის მეთოდი დაკავშირებულია პროცესორებში შუალედური მიკროოპერაციული ქეშის (micro-op cache) გამოყენებასთან, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ინსტრუქციების სპეკულაციური შესრულების დროს დაგროვილი ინფორმაციის მისაღებად.

ოპტიმიზაციის მიზნით, პროცესორი იწყებს გარკვეული ინსტრუქციების შესრულებას სპეკულაციურ რეჟიმში, წინა გამოთვლების დასრულებას მოლოდინის გარეშე, და თუ შემდეგ დაადგენს, რომ პროგნოზი არ გამართლდა, აბრუნებს ოპერაციას თავდაპირველ მდგომარეობაში, მაგრამ დამუშავებულ მონაცემებს. სპეკულაციური შესრულება დეპონირებულია ქეშში, რომლის შინაარსის დადგენა შესაძლებელია.

აღნიშნულია, რომ ახალი მეთოდი მნიშვნელოვნად აღემატება Spectre v1 შეტევას, ართულებს შეტევის გამოვლენას და არ იბლოკება გვერდითი არხის შეტევებისგან დაცვის არსებული მეთოდებით, რომლებიც შექმნილია ინსტრუქციების სპეკულაციური შესრულებით გამოწვეული დაუცველობის დასაბლოკად (მაგალითად, გამოყენება LFENCE ინსტრუქციის ბლოკავს გაჟონვას სპეკულაციური შესრულების ბოლო ეტაპებზე, მაგრამ არ იცავს გაჟონვისგან მიკროარქიტექტურული სტრუქტურების მეშვეობით).

მეთოდი გავლენას ახდენს Intel და AMD პროცესორების მოდელებზე, რომლებიც გამოშვებულია 2011 წლიდან, მათ შორის Intel Skylake და AMD Zen სერიებს. თანამედროვე პროცესორები არღვევენ პროცესორის რთულ ინსტრუქციებს უფრო მარტივ RISC-ის მსგავს მიკროოპერაციებში, რომლებიც ცალკე ქეშში ინახება. ეს ქეში ფუნდამენტურად განსხვავდება უმაღლესი დონის ქეშებისგან, არ არის პირდაპირ წვდომა და მოქმედებს როგორც ნაკადის ბუფერი CISC ინსტრუქციების RISC მიკროინსტრუქციებში დეკოდირების შედეგებზე სწრაფი წვდომისთვის. თუმცა, მკვლევარებმა იპოვეს გზა, რათა შექმნან პირობები, რომლებიც წარმოიქმნება ქეშის წვდომის კონფლიქტის დროს და საშუალებას აძლევს ადამიანს განსაჯოს მიკროოპერაციული ქეშის შინაარსი გარკვეული მოქმედებების შესრულების დროს განსხვავებების ანალიზით.

Intel-ის პროცესორებში მიკროოპერაციული ქეში სეგმენტირებულია CPU ძაფებთან მიმართებაში (Hyper-Threading), ხოლო AMD Zen პროცესორები იყენებენ საერთო ქეშს, რომელიც ქმნის პირობებს მონაცემთა გაჟონვისთვის არა მხოლოდ ერთი შესრულების თემაში, არამედ SMT-ის სხვადასხვა ძაფებს შორის. (მონაცემთა შესაძლო გაჟონვა სხვადასხვა ლოგიკურ CPU ბირთვზე გაშვებულ კოდს შორის).

მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს ძირითადი მეთოდი მიკროოპერაციული ქეშისა და რამდენიმე თავდასხმის სცენარში ცვლილებების გამოსავლენად, რაც საშუალებას იძლევა შექმნას ფარული მონაცემთა გადაცემის არხები და გამოიყენოს დაუცველი კოდი კონფიდენციალური მონაცემების გაჟონვის მიზნით, როგორც ერთი პროცესის ფარგლებში (მაგალითად, პროცესის მონაცემების გაჟონვა შესრულებისას. მესამე მხარის კოდი JIT-ის მქონე ძრავებში და ვირტუალურ მანქანებში) და ბირთვსა და პროცესებს შორის მომხმარებლის სივრცეში.

Spectre შეტევის ვარიანტის ორგანიზებისას მიკროოპერაციული ქეშის გამოყენებით, მკვლევარებმა შეძლეს მიაღწიონ 965.59 Kbps შეცდომის სიხშირით 0.22% და 785.56 Kbps შეცდომის კორექტირებისას, იმავე მისამართზე გაჟონვის ორგანიზების შემთხვევაში. სივრცე და პრივილეგიების დონე. გაჟონვით, რომელიც მოიცავს სხვადასხვა პრივილეგიის დონეს (კერნელსა და მომხმარებელთა სივრცეს შორის), შესრულება იყო 85.2 კბიტი/წმ შეცდომის შესწორებით დამატებული და 110.96 კბიტი/წმ შეცდომის სიხშირით 4%. AMD Zen პროცესორებზე თავდასხმისას, სხვადასხვა ლოგიკურ CPU ბირთვებს შორის გაჟონვის შექმნისას, შესრულება იყო 250 Kbps ცდომილების სიხშირით 5.59% და 168.58 Kbps შეცდომის კორექტირებით. კლასიკურ Spectre v1 მეთოდთან შედარებით, ახალი შეტევა 2.6-ჯერ უფრო სწრაფი იყო.

მოსალოდნელია, რომ მიკრო-ოპერაციული ქეშის შეტევისგან დაცვა მოითხოვს ცვლილებებს, რომლებიც უფრო მეტად შეამცირებს შესრულებას, ვიდრე Specter-ის შეტევისგან დაცვის ჩართვით. როგორც ოპტიმალური კომპრომისი, შემოთავაზებულია ასეთი შეტევების დაბლოკვა არა ქეშირების გამორთვით, არამედ ანომალიების მონიტორინგისა და შეტევებისთვის დამახასიათებელი ქეში მდგომარეობების იდენტიფიცირების დონეზე.

როგორც Spectre შეტევებში, ბირთვიდან ან სხვა პროცესებიდან გაჟონვის ორგანიზება მოითხოვს ბრძანებების (გაჯეტების) გარკვეული თანმიმდევრობის შესრულებას მსხვერპლის პროცესების მხარეს, რაც იწვევს ინსტრუქციების სპეკულაციურ შესრულებას. Linux-ის ბირთვში ნაპოვნია დაახლოებით 100 მსგავსი გაჯეტი, რომლებიც წაიშლება, მაგრამ პერიოდულად გვხვდება მათი თაობის გამოსავალი, მაგალითად, ბირთვში სპეციალურად შექმნილი BPF პროგრამების გაშვებასთან.

წყარო: opennet.ru