AMD 프로세서의 캐시 채널 예측 메커니즘에 대한 두 가지 공격

이전에 공격 방법을 개발한 것으로 알려진 Graz University of Technology(오스트리아)의 연구원 그룹 MDS, 넷스펙터, 망치 и ZombieLoad, AMD 프로세서와 관련된 하드웨어 최적화에 대한 연구를 수행했습니다. 발전했다 AMD 프로세서의 LXNUMX 캐시 채널 예측 메커니즘이 작동하는 동안 데이터 유출을 조작하는 두 가지 새로운 부채널 공격 방법입니다. 이 기술은 ASLR 보호의 효율성을 줄이고, 취약한 AES 구현에서 키를 복구하고, Spectre 공격의 효율성을 높이는 데 사용될 수 있습니다.

어떤 캐시 채널에 특정 메모리 주소가 포함되어 있는지 예측하는 데 사용되는 CPU의 첫 번째 수준 데이터 캐시(L1D)에서 채널 예측 메커니즘(방향 예측기)을 구현하는 과정에서 문제가 확인되었습니다. AMD 프로세서에 사용되는 최적화는 μ태그(μTag) 확인을 기반으로 합니다. μTag는 가상 주소에 특정 해시 함수를 적용하여 계산됩니다. 작동 중에 채널 예측 엔진은 μTag를 사용하여 테이블에서 캐시 채널을 결정합니다. 따라서 μTag를 사용하면 프로세서가 모든 옵션을 검색하지 않고 특정 채널에만 액세스하도록 제한할 수 있으므로 CPU 에너지 소비가 크게 줄어듭니다.

2011년부터 2019년까지 출시된 다양한 세대의 AMD 프로세서에서 채널 예측 시스템 구현을 리버스 엔지니어링하는 동안 두 가지 새로운 부채널 공격 기법이 확인되었습니다.

• Collide+Probe - 공격자가 동일한 논리 CPU 코어에서 실행되는 프로세스에 대한 메모리 액세스를 추적할 수 있습니다. 이 방법의 핵심은 메모리 접근을 추적하기 위해 μTag를 계산하는 데 사용되는 해시 함수에서 충돌을 일으키는 가상 주소를 사용하는 것입니다. Intel 프로세서에서 사용되는 Flush+Reload 및 Prime+Probe 공격과 달리 Collide+Probe는 공유 메모리를 사용하지 않으며 물리적 주소에 대한 지식 없이 작동합니다.
• 로드+다시 로드 - 동일한 물리적 CPU 코어에서 메모리 액세스 추적을 매우 정확하게 확인할 수 있습니다. 이 방법은 물리적 메모리 셀이 L1D 캐시에 한 번만 포함될 수 있다는 사실에 기초합니다. 저것들. 다른 가상 주소에서 동일한 메모리 셀에 액세스하면 해당 셀이 L1D 캐시에서 제거되어 메모리 액세스를 추적할 수 있습니다. 공격은 공유 메모리에 의존하지만 캐시 라인을 플러시하지 않으므로 마지막 수준 캐시에서 데이터를 플러시하지 않는 스텔스 공격이 가능합니다.

연구원들은 Collide+Probe 및 Load+Reload 기술을 기반으로 몇 가지 부채널 공격 시나리오를 시연했습니다.

• 두 프로세스 간에 숨겨진 간접 통신 채널을 구성하여 초당 최대 588kB의 속도로 데이터를 전송할 수 있는 방법을 사용할 수 있는 가능성이 표시됩니다.
• μTag의 충돌을 사용하면 ASLR(Address Space Layout Randomization)의 다양한 변형에 대한 엔트로피를 줄이고 완전히 업데이트된 Linux 시스템의 커널에서 ASLR 보호를 우회할 수 있었습니다. 사용자 애플리케이션과 샌드박스 환경에서 실행되는 JavaScript 코드 및 다른 게스트 환경에서 실행되는 코드를 사용하여 ASLR 엔트로피를 줄이기 위한 공격을 수행할 가능성이 표시됩니다.
  

• Collide+Probe 방식을 기반으로 취약한 구현에서 암호화 키를 복구하기 위한 공격이 구현되었습니다. T-테이블) AES 암호화.
• Spectre 공격은 Collide+Probe 방식을 데이터 획득 채널로 사용하여 공유 메모리를 사용하지 않고 커널에서 개인 데이터를 추출할 수 있었습니다.

이 취약점은 마이크로아키텍처 기반 AMD 프로세서에서 발생합니다.
불도저, 파일드라이버, 스팀롤러, Zen(Ryzen, Epic), Zen+ 및 Zen2.
AMD는 23년 2019월 XNUMX일에 이 문제에 대해 통보 받았지만 현재까지 보고서를 공개하지 않았다 취약점 차단에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 연구원들에 따르면 Intel이 분기 예측 메커니즘의 비활성화를 제어하기 위해 수행한 것과 유사하게 MSR 비트를 제공하여 채널 예측 시스템을 선택적으로 비활성화함으로써 마이크로코드 업데이트 수준에서 문제를 차단할 수 있습니다.

출처 : opennet.ru