Sprzętowy atak na oprogramowanie: miniaturyzacja pamięci pozwoliła na eskalację uprawnień

Twój system operacyjny może być tak aktualny, jak to tylkomożliwe, wszystkie łatki bezpieczeństwa zostały zainstalowane.Dodatkowe oprogramowanie ochronne działa, żaden wrogi proces nie możenieupoważniony nic złego zrobić. Ale co zrobić, jeśli napastnik możefizycznie zmienić zawartość RAM, przyznając swoim procesom uprawnieniaadministracyjne? Taką niezwykle wyrafinowaną technikę atakuprzedstawili w tym tygodniu badacze google'owego Projektu Zero,pokazując, że regularne uzyskiwanie dostępu do pewnych obszarówpamięci DRAM faktycznie może prowadzić do zaburzeń, które zmieniązawartość tej pamięci – i które mogą być wykorzystywane dozaatakowania systemów komputerowych.

Sama koncepcja takiej metody manipulowania zawartością pamięcizostała przedstawionaw zeszłym roku przez badaczy z Intela i Carnegie Mellon University.Wykorzystali oni fakt, że postępująca miniaturyzacja prowadzi dowzrostu podatności poszczególnych komórek pamięci DRAM na zakłóceniawywoływane przez operacje na sąsiednich komórkach. Szybkie,wielokrotne operacje odczytu tego samego adresu mogą popsuć zawartośćinnych komórek – i na takie zakłócenia, które otrzymały nazwę„Rowhammer”, podatne ma być zdecydowana większość modułówpamięci. Podczas eksperymentów efekt ten udało się zaobserwować w 110spośród przetestowanych 129 modeli pamięci, pochodzących od trzechwiodących producentów układów DRAM.

Od wywołania zakłóceń do przejęcia kontroli nad systemem drogajeszcze jednak daleka, ale i na to rozwiązanie znaleźli inżynierowieGoogle'a Mark Seaborn i Thomas Dullien. To chyba pierwszy przypadek,gdy wynikająca z fizycznych własności sprzętu, niejako analogowapodatność, zostaje wykorzystana do zaatakowania warstwysoftware'owej. W opublikowanym na łamach bloga Project Zero wpisieopisują oni, jak stosując technikę „rowhammera” uzyskalidostęp do obszarów pamięci, których w żaden sposób inaczej niemogliby dotknąć. „Uderzanie” sekwencjami operacji odczytudwóch pobliskich obszarów pamięci – „agresorów” – pozwoliło im zmienić jeden lub więcej bitów w obszarze atakowanym.

Atak był przeprowadzony na 64-bitowej linuksowej maszynie.Pierwszy exploituruchomiony został jako moduł Native Clienta w kontekścieprzeglądarki Chrome, czyli wewnątrz bardzo trudnego do sforsowaniasandboksa – a jednak zdołał uzyskać przywileje jądra. Podatnośćtę udało się na szczęście usunąć, blokując stosowanie niezbędnej dlaniej instrukcji cflush w NativeCliencie w ostatnich wersjach Chrome.Drugi exploit,działający jako zwykły linuksowy proces, będzie znacznie trudniejszydo zablokowania – przewraca bity we wpisach tabeli stronpamięci (PTE), uzyskując w ten sposób pełen dostęp do całej pamięci.

Odkrycie Seaborna i Dulliena zbiera same pochwały, połączyli oni wnim bowiem głęboką wiedzę techniczną z hakerską kreatywnością. Nietylko stworzyli sposób na ucieczkę z sandboksu czy uzyskanieuprawnień roota poprzez przełączenie pojedynczego bitu, ale teżznaleźli sposoby na zwiększenie swoich szans dotarcia do tego bitu,tak by atak miał sens także poza laboratorium.

Podatne na to zagrożenie są wyłącznie nowsze typy pamięci DDR3 –jeśli ktoś pracuje np. jeszcze na DDR2, może czuć się bezpieczny.Podobnie jest w wypadku pamięci DDR4, których kontrolery stosujątechniki uodparniające na Rowhammera. Nawet jednak użytkownicypamięci DDR3 nie powinni panikować, szansa, że typowe szkodnikizaczną stosować tę technikę jest póki co niewielka. Wymaga onadoskonałego rozpoznania systemu-ofiary i działa tylko lokalnie. Jakwyjaśniają odkrywcy, konieczne jest tu przeprowadzenie przynajmniej540 tys. operacji dostępu do komórki pamięci w czasie poniżej 64milisekund. Co ciekawe, zabezpieczenia ECC (korekcji błędów) mogą niewystarczyć, jeśli hakerowi uda się zmienić zawartość kilku bitówjednocześnie.

Jest to jednak ogromnie interesujący kierunek badań dla całejbranży bezpieczeństwa, zarówno whitehatów jak i blackhatów. Kilka lattemu udałosię znaleźć sposób na wydobycie kluczy kryptograficznych zwirtualnych serwerów działających na tym samym fizycznym hoście.Niskopoziomowe monitorowanie zachowania współdzielonych komponentówarchitektury pozwoliło obejść logiczną izolację maszyn wirtualnych. Wwypadku ataku na DRAM schodzimy jeszcze niżej, do samychelektrycznych właściwości sprzętu – i zabezpieczyć się przedtakim atakiem w software'owy sposób. Eksperci spodziewająsię, że nie będzie to ostatnia tego typu technika, w której słabośćhardware'u zostaje obrócona przeciwko oprogramowaniu.