Grupa badawcza z Uniwersytet\u00f3w w Teksasie, Illinois i Waszyngtonie ujawni\u0142a szczeg\u00f3\u0142y dotycz\u0105ce nowej rodziny atak\u00f3w przez kana\u0142y boczne (CVE-2022-23823, CVE-2022-24436), znanych pod kodow\u0105 nazw\u0105 Hertzbleed. Proponowana metoda ataku opiera si\u0119 na cechach dynamicznego zarz\u0105dzania cz\u0119stotliwo\u015bciami w nowoczesnych procesorach i dotyczy wszystkich aktualnych procesor\u00f3w Intel i AMD. Problem mo\u017ce potencjalnie wyst\u0105pi\u0107 tak\u017ce w procesorach innych producent\u00f3w, kt\u00f3re obs\u0142uguj\u0105 dynamiczn\u0105 zmian\u0119 cz\u0119stotliwo\u015bci, na przyk\u0142ad w systemach ARM, jednak przeprowadzone badanie ograniczy\u0142o si\u0119 do testowania chip\u00f3w Intel i AMD. Kody \u017ar\u00f3d\u0142owe implementacji metody ataku zosta\u0142y opublikowane na GitHubie (implementacja testowana na komputerze z CPU Intel i7-9700). <\/p>\n
Aby zoptymalizowa\u0107 zu\u017cycie energii i zapobiec przegrzewaniu, procesory dynamicznie zmieniaj\u0105 swoj\u0105 cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 w zale\u017cno\u015bci od obci\u0105\u017cenia, co prowadzi do zmian wydajno\u015bci i wp\u0142ywa na czas realizacji operacji (zmiana cz\u0119stotliwo\u015bci o 1 Hz prowadzi do zmiany wydajno\u015bci o 1 cykl na sekund\u0119). W trakcie przeprowadzonych bada\u0144 ustalono, \u017ce w okre\u015blonych warunkach na procesorach AMD i Intel zmiana cz\u0119stotliwo\u015bci ma bezpo\u015bredni zwi\u0105zek z przetwarzanymi danymi, co na przyk\u0142ad powoduje, \u017ce czas obliczenia operacji \u201e2022 + 23823\u201d i \u201e2022 + 24436\u201d b\u0119dzie r\u00f3\u017cny. Na podstawie analizy r\u00f3\u017cnic w czasie realizacji operacji z r\u00f3\u017cnymi danymi mo\u017cna po\u015brednio odbudowa\u0107 informacje wykorzystane w obliczeniach. Z tego powodu w szybkich sieciach z przewidywalnymi sta\u0142ymi op\u00f3\u017anieniami atak mo\u017cna przeprowadzi\u0107 zdalnie, oceniaj\u0105c czas realizacji zapyta\u0144. <\/p>\n
W przypadku pomy\u015blnego przeprowadzenia ataku zidentyfikowane problemy pozwalaj\u0105 na okre\u015blenie kluczy prywatnych na podstawie analizy czasu oblicze\u0144 w bibliotekach kryptograficznych, kt\u00f3re wykorzystuj\u0105 algorytmy, w kt\u00f3rych obliczenia matematyczne zawsze s\u0105 wykonywane w sta\u0142ym czasie, niezale\u017cnie od charakteru przetwarzanych danych. Takie biblioteki by\u0142y uznawane za odporne na ataki przez kana\u0142y boczne, ale jak si\u0119 okaza\u0142o, czas oblicze\u0144 determinuje nie tylko algorytm, ale r\u00f3wnie\u017c cechy dzia\u0142ania procesora. <\/p>\n
Jako praktyczny przyk\u0142ad, kt\u00f3ry pokazuje realno\u015b\u0107 zastosowania zaproponowanej metody, zademonstrowano atak na implementacj\u0119 mechanizmu enkapsulacji kluczy SIKE (Supersingular Isogeny Key Encapsulation), kt\u00f3ry wszed\u0142 do fina\u0142u konkursu na postkwantowe systemy kryptograficzne organizowanego przez Narodowy Instytut Standard\u00f3w i Technologii USA (NIST) i jest pozycjonowany jako odporny na ataki kana\u0142\u00f3w bocznych. W trakcie eksperymentu przy u\u017cyciu nowej wersji ataku opartej na dobranym szyfrogramie (stopniowe dopasowanie na podstawie manipulacji z zaszyfrowanym tekstem i uzyskania jego odszyfrowania) uda\u0142o si\u0119 ca\u0142kowicie odzyska\u0107 klucz u\u017cywany do szyfrowania, przeprowadzaj\u0105c pomiary z zdalnego systemu, pomimo zastosowania implementacji SIKE z czasem oblicze\u0144 o sta\u0142ej d\u0142ugo\u015bci. Na okre\u015blenie 364-bitowego klucza przy u\u017cyciu implementacji CIRCL po\u015bwi\u0119cono 36 godzin, a PQCrypto-SIDH \u2014 89 godzin. <\/p>\n
Firmy Intel i AMD przyzna\u0142y, \u017ce ich procesory s\u0105 nara\u017cone na problem, ale nie planuj\u0105 blokowa\u0107 tej luki poprzez aktualizacj\u0119 mikrokodu, poniewa\u017c nie mo\u017cna jej hardware'owo usun\u0105\u0107 bez znacz\u0105cego wp\u0142ywu na wydajno\u015b\u0107. Zamiast tego programi\u015bci bibliotek kryptograficznych otrzymali zalecenia dotycz\u0105ce programowego blokowania wyciek\u00f3w informacji podczas przeprowadzania poufnych oblicze\u0144. Firmy Cloudflare i Microsoft ju\u017c doda\u0142y podobn\u0105 ochron\u0119 do swoich implementacji SIKE, co doprowadzi\u0142o do spadku wydajno\u015bci CIRCL o 5%, a PQCrypto-SIDH o 11%. Jako inny spos\u00f3b na zablokowanie luki w BIOS-ie lub w sterowniku mo\u017cna wy\u0142\u0105czy\u0107 tryby \u201eTurbo Boost\u201d, \u201eTurbo Core\u201d lub \u201ePrecision Boost\u201d, ale ta zmiana spowoduje drastyczny spadek wydajno\u015bci. <\/p>\n