Wycieków danych c.d.: podsłuchaj koprocesor Intela, poznasz klucze szyfrowania
W tym roku przyzwyczailiśmy się już do myślenia o procesorachw kategoriach bezpieczeństwa. Od stycznia słyszymy przecieżregularnie o odkryciach kolejnych podatności na ataki, wynikającychz wykorzystania rozwiązań architektonicznych obliczonych nauzyskanie jak najwyższej wydajności. Kolejna ujawniona w tymtygodniu podatność w procesorach Intela to już więc niemal dzieńjak co dzień. Niemniej jednak warto ją przybliżyć. *Lazy FPstate restore *co prawda pozwala na to samo co klasyczne Spectre,tj. odczytanie danych należących do innych procesów przez złośliweoprogramowanie, ale jednak nie ma nic wspólnego z buforamiprocesora. Tym razem zawiniła jednostka zmiennoprzecinkowa (FPU).
Jak informuje Intel w swoim biuletyniebezpieczeństwa, podatność dotyczy wszystkich procesorów zrodziny Core (oraz jak twierdzą niezależne źródła, takżeXeonów). Oznaczona jako CVE-2018-3665,odkryta została przez niemieckich badaczy – Juliana Stecklina zAmazon Germany, Thomasa Preschera z Cyberus Technology GmbH i ZdenkaSojkę z SYSGO AG, oraz szefa bezpieczeństwa FreeBSD ColinaPercivala. Pozwala ona na wydobycie wrażliwych danych, takich jaknp. klucze kryptograficzne szyfru AES.
Problem wziął się stąd, że systemy operacyjne zapisują iodczytują rejestry FPU oraz towarzyszące im informacje tylko wtedy,kiedy oprogramowanie korzysta z jednostki zmiennoprzecinkowej. Wstosowanym dotąd schemacie obsługi FPU, podczas przełączaniazadań, pierwsza instrukcja zmiennoprzecinkowa wykonana przez procesgeneruje wyjątek DNA (device not available). Uchwyt tego wyjątkuzapisuje aktualny kontekst FPU do obszaru zapisu starego procesu iładuje nowy kontekst FPU dla obecnego procesu. Innymi słowyładowanie stanu FPU jest opóźnione do momentu, gdy instrukcjazostaje wywołana przez aktualne zadanie.
Ma to oczywiście swój sens – skoro większość procesów niekorzysta z FPU, to nie ma sensu podczas przełączania zadańzapisywać i odtwarzać kontekstu jego rejestrów. Oszczędza tocykli procesorów.
Niestety jednak jak się okazuje, stosując metody analogiczne doataku Meltdown wersja3A (rogue system register read), nieuprzywilejowana aplikacjamoże odczytać fragmenty informacji z tych rejestrów jednostkizmiennoprzecinkowej, do których dostęp powinien mieć tylko kernel.
Jak sobie z tym poradzić? Rozwiązaniem jest wymuszeniestosowania metody noszącej nazwę eager FPU state restore, wktórej operacje odczytu i zapisu rejestrów nie są opóźniane. Nietrzeba martwić się o spadek wydajności, przynajmniej wewspółczesnych 64-bitowych procesorach Intela. Instrukcja XSAVEOPTpozwala na efektywne sprzętowe przełączanie procesów FPU, bezkonieczności polegania na wyjątkach DNA. Wymuszenie jejwykorzystania zamyka wyciek informacji.
O tym odkryciu Intel miał oficjalnie poinformować 27 czerwca,ale deweloperzy OpenBSD i DragonflyBSD złamali embargo, wydając wtym tygodniu łatki eliminujące zagrożenie. Co za tym idzie, swojebiuletyny bezpieczeństwa wydali także twórcy popularniejszychsystemów. Warto jednak podkreślić, że biuletyny te nie dotycząnajnowocześniejszych systemów. Linux od kernela 4.8 korzysta jużdomyślnie z eager FPU state restore, podobnie też jak Windows 10 iWindows Server 2016. Tak samo wygląda sytuacja dla systemów BSD –do załatania są tylko starsze systemy. Na szczęście nigdzie niejest konieczna aktualizacja mikrokodu.
Można więc powiedzieć, że tym razem jest to bardziejciekawostka niż realne zagrożenie. Nie tylko najnowocześniejszesystemy operacyjne są odporne, ale nawet te starsze trudnowyexploitować: malware musi już na nich działać i zbieraćinformacje bit po bicie. Niemniej jednak odkrycie to po raz kolejnypokazuje, jak niespodziewane dla bezpieczeństwa mogą byćkonsekwencje pewnych rozwiązań optymalizacyjnych. A przecież toprzede wszystkim dzięki daleko posuniętym optymalizacjomwspółczesny sprzęt jest mimo wszystko coraz szybszy: eranakręcania gigaherców skończyła się dobrą dekadę temu.