DDR4-minnen förblir sårbara för RowHammer-attacker trots tillagd skydd

En grupp forskare från Vrije Universiteit Amsterdam, ETH Zürich och Qualcomm ett har undersökt effektiviteten av skyddet mot attacker av typen RowHammer, som möjliggör förändringar i innehållet av enskilda bitar av dynamiskt RAM (DRAM). Resultaten var dyster och DDR4-chips från de största tillverkarna är fortfarande förblir sårbara (CVE-2020-10255).

Sårbarheten RowHammer gör det möjligt att förvränga innehållet av enskilda minnesbitar genom cyklisk läsning av data från angränsande minnesceller. Eftersom DRAM-minnet utgörs av en tvådimensionell matris av celler, som var och en består av en kondensator och en transistor, leder kontinuerlig läsning av samma minnesområde till spänningsfluktuationer och anomalier som orsakar en liten förlust av laddning i angränsande celler. Om läsintensiteten är tillräckligt hög kan en cell förlora en betydande mängd laddning och nästa regenereringscykel hinner inte återställa dess ursprungliga tillstånd, vilket leder till att värdet av de lagrade data i cellen ändras.

För att blockera denna effekt används en teknik kallad TRR (Target Row Refresh) i moderna DDR4-chips, som syftar till att förhindra förvrängning av celler vid RowHammer-attacker. Problemet är att det inte finns någon enhetlig metod för att implementera TRR, och varje tillverkare av CPU och minne tolkar TRR på sitt eget sätt, tillämpar sina egna skyddsmekanismer och avslöjar inte detaljerna i implementationen.
Studiet av de metoder som tillverkarna använder för att blockera RowHammer har gjort det lätt att hitta sätt att kringgå skyddet. Under granskningen visade det sig att tillverkarnas princip "säkerhet genom oklarhet (security by obscurity) vid implementeringen av TRR bara hjälper för skydd i specifika fall som omfattar typiska attacker som manipulerar förändringar av laddning i en eller två angränsande rader.

Det forskarutvecklade verktyget möjliggör kontroll av utsatthet för chip mot mångfacetterade varianter av RowHammer-attacker, där försök att påverka laddningen görs för flera rader av minnesceller samtidigt. Sådana attacker kan kringgå det skydd som implementerats av vissa tillverkare, såsom TRR, och leder till bitfel i minnet även på ny utrustning med DDR4-minne.
Av 42 studerade DIMM-moduler visade sig 13 moduler vara sårbara för icke-standardiserade varianter av RowHammer-attacken, trots angivet skydd. De problematiska modulerna tillverkas av företagen SK Hynix, Micron och Samsung, vars produkter täcker 95 % av DRAM-marknaden.

Förutom DDR4 har även chip av typen LPDDR4, som används i mobila enheter, studerats och visat sig vara känsliga för utvidgade varianter av RowHammer-attacken. Specifikt drabbades minnet som används i Google Pixel-smartphones, Google Pixel 3, LG G7, OnePlus 7 och Samsung Galaxy S10.

Forskarna lyckades återskapa flera utnyttjande tekniker på de problematiska DDR4-chipen. Till exempel krävdes det för RowHammer-of the exploit attacker för PTE (Page Table Entries) att genomföra attacken i mellan 2,3 sekunder och tre timmar och femton sekunder, beroende på de testade chipen. Attack Den attack som syftade till att skada det lagrade RSA-2048-nyckeln tog mellan 74,6 sekunder och 39 minuter och 28 sekunder. Attack Den attack som syftade till att kringgå auktorisering genom minnesmodifiering av sudo-processen tog 54 minuter och 16 sekunder.

För att kontrollera användarnas DDR4-minneschip publicerades verktyget TRRespass. För att genomföra attacken krävs information om den fysiska adresslayouten kopplad till minnesbussar och rader av minnesceller i minneskontrollern. För att bestämma layouten utvecklades dessutom verktyget drama, som kräver att det körs med root-rättigheter. Snart kommer även planeras ett program för att testa minnet i smartphones att publiceras.

Företaget Intel och AMD Forskarna rekommenderade att använda minne med felkorrektion (ECC), minneskontroller som stödjer Maximum Activate Count (MAC) samt att tillämpa en ökad regenereringsfrekvens. Forskarna anser dock att det saknas en garanterad lösning för skydd mot Rowhammer för chip som redan har släppts, och att användningen av ECC och ökad regenereringsfrekvens visat sig vara ineffektivt. Tidigare har exempelvis redan föreslagits metod angrepp på DRAM-minne förbi ECC-skydd, samt möjligheten att utföra ett angrepp på DRAM via lokalt nätverk, från värdsystemet och med hjälp av körning av JavaScript i webbläsaren.

Källa: opennet.ru