Een groep onderzoekers van de ETH Zürich, de Vrije Universiteit Amsterdam en Qualcomm heeft een nieuwe RowHammer-aanvalsmethode gepubliceerd, waarmee de inhoud van afzonderlijke bits in dynamisch RAM (DRAM) kan worden veranderd. De aanval heeft de codenaam Blacksmith en het identificatienummer CVE-2021-42114 gekregen. Veel DDR4-chips met bescherming tegen eerder bekende RowHammer-aanvalsmethoden zijn kwetsbaar voor dit probleem. Een hulpmiddel om uw systemen te testen op kwetsbaarheid is gepubliceerd op GitHub.
Ter herinnering, RowHammer-aanvallen kunnen de inhoud van individuele bits in het geheugen vervormen door gegevens herhaaldelijk uit aangrenzende geheugencellen te lezen. Aangezien DRAM-geheugen een tweedimensionale array van cellen is, waarvan elke cel bestaat uit een condensator en een transistor, leidt het voortdurend lezen van hetzelfde geheugenbereik tot fluctuaties in de spanning en anomalieën, waardoor een kleine hoeveelheid lading kan vervagen uit aangrenzende cellen. Als de leesintensiteit hoog is, kan een aangrenzende cel een significante hoeveelheid lading verliezen en kan de volgende regeneratiecyclus niet op tijd haar oorspronkelijke toestand herstellen, wat leidt tot een wijziging in de opgeslagen gegevens in die cel.
Om zich tegen RowHammer te beschermen, hebben chipfabrikanten een mechanisme genaamd TRR (Target Row Refresh) voorgesteld, dat beschermt tegen vervorming van cellen in aangrenzende rijen. Maar omdat de bescherming is gebaseerd op het principe van 'beveiliging door onduidelijkheid', loste het het probleem niet op de fundamenten en bood het slechts bescherming tegen bekende bijzondere gevallen, wat eenvoudigere manieren om de bescherming te omzeilen mogelijk maakte. Bijvoorbeeld, in mei stelde Google een Half-Double-methode voor, die niet werd beïnvloed door TRR-beveiliging, omdat de aanval cellen aantastte die niet direct naast de doelcel lagen.
De nieuwe Blacksmith-methode biedt een andere manier om de TRR-bescherming te omzeilen, gebaseerd op ongelijkmatige toegang met verschillende frequenties tot twee of meer agressieve rijen om lading te laten leeglopen. Voor het bepalen van het patroon van geheugentoegang dat leidt tot ladinglekkage is een speciale fuzzer ontwikkeld die automatisch aanvalparameters voor een specifieke chip kiest, waarbij de volgorde, intensiteit en systematiek van toegang tot cellen worden gevarieerd.
Een dergelijke aanval, die niet verbonden is met het beïnvloeden van dezelfde cellen, maakt de huidige TRR-beschermingsmethoden ineffectief, die in welke vorm dan ook neerkomen op het tellen van het aantal herhaalde toegang tot cellen. Bij het bereiken van bepaalde waarden wordt een herlaadprocedure van aangrenzende cellen gestart. In Blacksmith wordt het toegangsmodel meteen over meerdere cellen verspreid, rondom de doelcel, waardoor het mogelijk is om lading te laten ontsnappen zonder dat drempelwaarden worden bereikt.
De methode bleek aanzienlijk effectiever dan de eerder voorgestelde manieren om TRR te omzeilen — onderzoekers slaagden erin om binaire waarden te verstoren in al de 40 recent aangeschaften verschillende DDR4-geheugenchips van Samsung, Micron, SK Hynix en een onbekende fabrikant (bij 4 chips werd de fabrikant niet opgegeven). Ter vergelijking bleek de eerder door dezelfde onderzoekers voorgestelde methode TRRespass slechts effectief te zijn voor 13 van de 42 destijds geteste chips.
In zijn algemeenheid wordt aangenomen dat de Blacksmith-methode toepasbaar is op 94% van alle DRAM-chips die op de markt zijn, maar volgens de onderzoekers zijn sommige chips kwetsbaarder en gemakkelijker aan te vallen dan andere. Het gebruik van foutcorrectiecodes (ECC) in de chips en het verdubbelen van de vernieuwing frequentie van het geheugen biedt geen volledige bescherming, maar bemoeilijkt de exploitatie. Opvallend is dat het probleem niet kan worden geblokkeerd in de al geproduceerde chips en een nieuwe hardwarematige bescherming vereist, waardoor de aanval nog vele jaren relevant blijft.
Praktische voorbeelden van de toepassing van Blacksmith zijn inclusief het wijzigen van de inhoud van de geheugenpagina-tabel (PTE, page table entry) voor het verkrijgen van kernelprivileges, het beschadigen van de in het geheugen opgeslagen RSA-2048 openbare sleutel in OpenSSH (de openbare sleutel kan overeenkomen met de privé-sleutel van de aanvaller voor toegang tot de VM van het slachtoffer) en het omzeilen van autorisatiecontrole door de geheugen van het sudo-proces te modificeren voor het verkrijgen van rootrechten. Afhankelijk van de chip duurt het tussen de 3 seconden en enkele uren om één doelbit te wijzigen. een virtuele machine De aard van deze aanval varieert sterk afhankelijk van de specifieke chip die wordt gebruikt, waardoor de benodigde tijd voor het wijzigen van een enkele doelbit aanzienlijk kan verschillen.
Daarnaast moet de publicatie van het open framework LiteX Row Hammer Tester worden genoemd, dat is ontwikkeld door Antmicro in opdracht van Google voor het testen van geheugenbeschermingsmethoden tegen RowHammer-aanvallen. Het framework is gebaseerd op het gebruik van FPGA's voor volledige controle over de commando's die rechtstreeks naar de DRAM-chip worden gestuurd, zodat de invloed van de geheugencontroller wordt uitgesloten. Voor interactie met de FPGA wordt een toolkit in Python aangeboden. De FPGA-gateway bevat een module voor batchgegevensoverdracht (bepaalt de patronen voor geheugenaanroepen), Payload Executor, een controller op basis van LiteDRAM (die alle benodigde logica voor DRAM afhandelt, inclusief het activeren van rijen en het bijwerken van geheugen) en de CPU VexRiscv. De resultaten van het project worden verspreid onder de Apache 2.0-licentie. Ondersteuning voor verschillende FPGA-platforms, waaronder Lattice ECP5, Xilinx Series 6, 7, UltraScale en UltraScale+, wordt geboden.
Bron: opennet.ru
