Intel 및 AMD 프로세서의 마이크로아키텍처 구조에 대한 새로운 공격

버지니아 대학교와 캘리포니아 대학교의 연구원 그룹은 문서화되지 않은 CPU 기능을 리버스 엔지니어링하는 동안 확인된 Intel 및 AMD 프로세서의 마이크로아키텍처 구조에 대한 새로운 유형의 공격을 제시했습니다. 제안된 공격 방법은 프로세서의 중간 마이크로 연산 캐시를 사용하는 것으로, 이는 추측에 의한 명령 실행 중에 축적된 정보를 검색하는 데 사용할 수 있습니다.

최적화 목적을 위해 프로세서는 이전 계산이 완료될 때까지 기다리지 않고 추측 모드에서 일부 명령을 실행하기 시작합니다. 그런 다음 예측이 타당하지 않다고 판단되면 작업을 원래 상태로 롤백합니다. 추측 실행은 캐시에 저장되며 그 내용을 확인할 수 있습니다.

새로운 방법은 Spectre v1 공격보다 훨씬 더 성능이 뛰어나고, 공격 탐지를 어렵게 하며, 예측적 명령 실행으로 인한 취약점을 차단하도록 설계된 부채널 공격에 대한 기존 보호 방법으로는 차단되지 않습니다. 의 LFENCE 명령어 블록은 추측 실행의 마지막 단계에서 누출되지만 마이크로아키텍처 구조를 통한 누출을 방지하지는 않습니다.

이 방법은 Intel Skylake 및 AMD Zen 시리즈를 포함하여 2011년 이후 출시된 Intel 및 AMD 프로세서 모델에 영향을 미칩니다. 최신 CPU는 복잡한 프로세서 명령을 별도의 캐시에 캐시되는 간단한 RISC와 같은 마이크로 작업으로 나눕니다. 이 캐시는 상위 수준 캐시와 근본적으로 다르며 직접 액세스할 수 없으며 CISC 명령어를 RISC 마이크로 명령어로 디코딩한 결과에 빠르게 액세스할 수 있는 스트림 버퍼 역할을 합니다. 그러나 연구자들은 캐시 액세스가 충돌할 때 발생하는 조건을 만들고 특정 작업의 실행 시간 차이를 분석하여 마이크로 연산 캐시의 내용을 판단할 수 있는 방법을 찾았습니다.

Intel 프로세서의 마이크로 연산 캐시는 CPU 스레드(하이퍼스레딩)를 기준으로 분할되는 반면, AMD Zen 프로세서는 공유 캐시를 사용하여 하나의 실행 스레드 내뿐만 아니라 SMT의 다른 스레드 간에도 데이터 유출 조건을 생성합니다. (다른 논리적 CPU 코어에서 실행되는 코드 간에 데이터 유출 가능성이 있음)

연구원들은 숨겨진 데이터 전송 채널을 생성하고 취약한 코드를 사용하여 단일 프로세스 내에서 기밀 데이터를 유출할 수 있는 마이크로 연산 캐시의 변경 사항을 탐지하는 기본 방법과 여러 공격 시나리오를 제안했습니다(예: 실행 시 프로세스 데이터 유출). JIT가 포함된 엔진과 가상 머신의 타사 코드), 커널과 사용자 공간의 프로세스 사이.

연구진은 마이크로 연산 캐시를 활용해 스펙터 공격 변종을 정리할 때 오류율 965.59%에 0.22Kbps의 성능을 달성할 수 있었고, 동일 주소 내에서 유출을 정리할 경우 오류 수정을 활용해 785.56Kbps의 성능을 달성할 수 있었다. 공간 및 권한 수준. 다양한 권한 수준(커널과 사용자 공간 간)에 걸친 누수로 인해 성능은 오류 수정이 추가된 경우 85.2Kbps, 오류율이 110.96%인 경우 4Kbps였습니다. AMD Zen 프로세서를 공격하여 서로 다른 논리적 CPU 코어 간에 누수를 발생시켰을 때 성능은 오류율 250%로 5.59Kbps, 오류 수정으로 168.58Kbps를 기록했습니다. 새로운 공격은 기존 Spectre v1 방식과 비교하여 2.6배 더 빨랐습니다.

마이크로 연산 캐시 공격으로부터 보호하려면 Spectre 공격 보호를 활성화한 경우보다 성능을 더 저하시키는 변경이 필요할 것으로 예상됩니다. 최적의 절충안으로 캐싱을 비활성화하는 것이 아니라 이상 현상을 모니터링하고 공격에 일반적인 캐시 상태를 식별하는 수준에서 이러한 공격을 차단하는 것이 제안됩니다.

스펙터(Spectre) 공격과 마찬가지로 커널이나 다른 프로세스에서 누출을 구성하려면 피해자 프로세스 측에서 특정 명령(가젯)을 실행해야 하며, 이는 추측에 따른 명령 실행으로 이어집니다. Linux 커널에서 약 100개의 유사한 가젯이 발견되어 제거될 예정이지만 해당 생성에 대한 해결 방법(예: 커널에서 특별히 설계된 BPF 프로그램 실행과 관련)이 주기적으로 발견됩니다.

출처 : opennet.ru