Sårbarheter i eBPF-undersystemet, som möjliggör omgångar av skydd mot Spectre-attacker

En kärnsvaghet har identifierats i Linux (CVE-2021-33624), vilket gör det möjligt att använda eBPF-subsystemet för att kringgå skydd mot sårbarheter av typen Spectre. Detta kan leda till att innehållet i minnet kan bestämmas genom att skapa förutsättningar för spekulativ exekvering av vissa operationer. För att genomföra en Spectre-attack krävs en specifik sekvens av instruktioner i privilegierad kod som leder till spekulativ exekvering av instruktioner. Genom att manipulera de BPF-program som körs kan man generera liknande instruktioner i eBPF och uppnå läckor av innehållet i kärnans minne och godtyckliga områden av det fysiska minnet.

Sårbarheten orsakas av brister i verifieraren som används för att upptäcka fel och otillåten aktivitet i BPF-program. Verifieraren går igenom möjliga exekveringsvägar för koden, men missar grenar som är otillåtna ur ett semantiskt perspektiv av instruktionsuppsättningen. När BPF-programmet körs kan sådana grenar, som inte beaktas av verifieraren, bli felaktigt förutsagda av processorn och exekveras i spekulativt läge. Till exempel, när verifieraren analyserar en 'load'-operation, förväntar den sig att instruktionen använder ett register med en adress vars värde alltid ligger inom angivna gränser, men en angripare kan skapa förutsättningar där processorn försöker spekulativt utföra en operation med en adress som inte uppfyller kontrollvillkoren.

Problemet uppstår från version 4.15 av kärnan och har åtgärdats i form av patchar (1, 2, 3, 4). I distributionerna finns fortfarande sårbarheten kvar utan åtgärd (Debian, RHEL, Ubuntu, Fedora, SUSE, Arch).

Det kan dessutom nämnas en anteckning om påverkan på prestandan av skyddsmekanismer mot sårbarheter av typen Spectre. Anteckningen sammanfattar resultaten av optimering av debuggern rr (Record and Replay), som en gång skapades av Mozilla för att felsöka svårrepeterbara fel i Firefox. Caching av systemanrop som används för att kontrollera existensen av kataloger har möjliggjort en minskning av exekveringstiden för operationen 'rr sources' för ett testprojekt från 3 minuter 19 sekunder till 36 sekunder.

Optimeringsförfattaren beslutade sig för att kontrollera hur prestandan skulle förändras efter att skyddet mot Spectre stängts av. Efter att systemet laddats med parametern "mitigations=off" tog det 2 minuter och 5 sekunder att köra "rr sources" utan optimering (1,6 gånger snabbare), medan det med optimering tog 33 sekunder (9% snabbare). Intressant nog minskade avstängningen av skyddet mot Spectre inte bara körtiden på kärnnivå med 1,4 gånger (från 2m9s till 1m32s) utan halverade också körtiden i användarutrymmet (från 1m9s till 0m33s), troligen på grund av minskad effektivitet i CPU-cache och TLB-flushar vid aktivt skydd mot Spectre.

Källa: opennet.ru