英特尔处理器被曝出“Downfall”漏洞:可窃取加密密钥

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该漏洞可影响多个英特尔微处理器系列,并允许窃取密码、加密密钥以及共享同一台计算机的用户的电子邮件、消息或银行信息等私人数据。

今日,谷歌的一位高级研究科学家利用一个漏洞设计了一种新的CPU攻击方法,该漏洞可影响多个英特尔微处理器系列,并允许窃取密码、加密密钥以及共享同一台计算机的用户的电子邮件、消息或银行信息等私人数据。

该漏洞被追踪为CVE-2022-40982,是一个瞬态执行侧通道问题,影响基于英特尔微架构Skylake到Ice Lake的所有处理器。

攻击者利用这个安全漏洞可以提取受软件保护扩展(SGX)保护的敏感信息。SGX是英特尔基于硬件的内存加密技术,可以将内存中的代码和数据与系统上的软件分离开来。

SGX目前仅在服务器中央处理单元上得到支持,并为那些操作系统都无法访问的软件提供可信的隔离环境。

收集秘密数据

谷歌研究员Daniel Moghimi发现了这个漏洞,并将其报告给了英特尔,他说他的垮台攻击技术利用了gather指令,“在推测执行期间泄露了内部矢量寄存器文件的内容”。

Gather是英特尔处理器内存优化的一部分,用于加速访问内存中的分散数据。然而,正如Moghimi在今天发表的一篇技术论文中解释的那样:“gather指令似乎使用了一个跨同级CPU线程共享的临时缓冲区,它将数据暂时转发给后来依赖的指令,数据属于不同的进程,并在同一核心上运行gather执行。”

Moghimi开发了两种攻击技术,一种是收集数据采样(GDS),另一种是收集值注入(GVI),它将GDS与2020年披露的负载值注入(LVI)技术相结合。

通过使用GDS技术,Moghimi 能够在受控虚拟机之外的另一个虚拟机(VM)上窃取 AES 128 位和 256 位加密密钥,每个系统都位于同一 CPU 内核的同胞线程上。

研究人员可在10 秒内一次性窃取 8 个字节,最终成功窃取了 AES 圆形密钥,并将它们组合起来破解了加密。对于 100 个不同的密钥,AES-128 的首次攻击成功率为 100%。对 AES-256 的首次攻击成功率为 86%。

研究人员指出,尝试失败意味着恢复整个密钥需要多次运行攻击,因为主密钥的数据不会在 10 秒内频繁出现。

除了加密密钥外,Moghimi还提供了 GDS 攻击的变种,这种攻击可以窃取静态的任意数据,因为在两种情况下,CPU 会将这类信息预取到 SIMD 寄存器缓冲区中。

威胁评估和微代码性能影响

Moghimi 指出,Downfall 攻击要求攻击者与受害者在同一个物理处理器内核上。但恶意软件等本地程序有可能利用这一漏洞窃取敏感信息。

去年 8 月,英特尔发现了 Downfall/GDS 漏洞,并与 Moghimi 合作进行了研究,并且目前提供了微码更新来缓解这一问题。

为了给原始设备制造商(OEM)和通信服务提供商(CSP)留出测试和验证解决方案的时间,并为他们的客户准备必要的更新,有关该漏洞的细节保密了近一年。

英特尔告诉 BleepingComputer,该问题不会影响 Alder Lake、Raptor Lake 和 Sapphire Rapids,Downfall 会影响以下三个系列的处理器:

  • Skylake 系列(Skylake、Cascade Lake、Cooper Lake、Amber Lake、Kaby Lake、Coffee Lake、Whiskey Lake、Comet Lake)
  • 虎湖系列
  • 冰湖系列(Ice Lake、Rocket Lake)

英特尔修复和响应工程副总裁 Vivek Tiwari 认为,试图在受控实验室环境之外利用这一点将是一项复杂的工作。

英特尔在给 BleepingComputer 的一份声明中表示,客户可以查看公司提供的风险评估指南,并决定通过 Windows 和 Linux 以及虚拟机管理器(VMM)中的可用机制禁用微码缓解功能。

做出这样的决定可能是出于对Downfall/GDS缓解措施可能带来的性能问题的担忧,也可能是因为该问题对环境不构成威胁。

英特尔为客户提供了威胁评估和性能分析信息,其结论是在某些环境中该问题的影响可能很小。在频繁执行收集指令的情况下,存在潜在影响,这是高性能计算(HPC)环境所特有的。

不过,该芯片制造商表示,由于攻击的条件和这些环境的典型配置,该问题在高性能计算环境中可能不会被视为威胁。

例如,攻击者需要在与目标相同的物理内核上运行,并能够运行不受信任的代码等,而这些在这些环境中并不常见。

基于软件的缓解措施

要消除 Downfall/GDS 攻击的风险,需要重新设计硬件。虽然基于软件的替代方案是存在的,不过这些方案都有注意事项,而且只能暂时解决问题。Moghimi 提出了四种这样的替代方案,其中三种有明显的缺点:

  • 禁用同步多线程(SMT)可部分缓解 GDS 和 GVI 攻击,但削减超线程会带来 30% 的性能损失,而且跨上下文切换的泄漏仍会发生
  • 通过操作系统和编译器禁止受影响的指令,以防止它们向收集泄密;缺点是一些应用程序可能会被打乱,而且如果漏掉某些指令,泄密仍会发生
  • 禁用收集。缺点是使用该指令的应用程序可能会变得缓慢甚至崩溃
  • 防止收集指令后的瞬时数据转发(添加加载栅栏,如 lfence 指令)可减轻 Downfall,这也是英特尔在最新微代码更新中采用的解决方案。

不过,Moghimi 表示,要创建这样的工具并不容易,因为它们需要更好地覆盖硬件和支持的指令,鉴于硬件的复杂性和专有障碍,这是一项具有挑战性的任务。

这位研究人员发布了 Downfall 的代码,以便其他人可以查看和试用。此外,Daniel Moghimi 还计划在美国黑帽安全大会上讨论 Downfall 漏洞和攻击技术。

英特尔发布了 CVE-2022-40982 的安全公告,目前的严重程度为 6.5 级。基于此漏洞,该公司还提供了一份技术文件,以及 Moghimi 关于 Downfall 的采访内容。

责任编辑:赵宁宁 来源: FreeBuf.COM
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