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英特爾處理器 ZombieLoad 漏洞是什么?對 TEE 安全性會產生什么影響?_ZOMBIE

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美國時間5月14日,安全研究人員在英特爾芯片中發現了一種新的漏洞,如果利用這種漏洞,可以直接從處理器中竊取敏感信息,詳情可見鏈聞先前收錄的文章《Intel再曝僵尸負載漏洞:直接獲取密碼、2011年后電腦都受影響》。英特爾公司和多方研究人員表示,該漏洞暫無影響,無需恐慌。

但是,這種名為「ZombieLoad」的漏洞究竟是什么?這種漏洞是否會對基于IntelSGX的可信執行環境系統產生影響?要知道,越來越多的區塊鏈項目正在嘗試利用基于TEE的技術來實現數據隱私保護。

為了回答該問題,鏈聞邀請了提供Layer-2隱私計算方案的TEEX團隊成員撰文,一文說明該漏洞本質,以及可能產生的影響。

撰文:TEEX團隊

什么是ZombieLoad?

ZombieLoad是由包括Intel、格拉茨技術大學、伍斯特理工學院、魯汶大學在內的多家機構發現的一種新型處理器硬件漏洞。該漏洞目前僅在Intel的處理器中被發現。漏洞于美國時間5月14日披露,同時Intel也發布了針對該漏洞的修復補丁,包括微軟、蘋果、谷歌、亞馬遜在內的各家公司,都已經對他們提供的操作系統或云服務進行漏洞修復。

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ZombieLoad能做什么?

一句話來說,ZombieLoad能夠竊取到攻擊發生時受害者正在訪問的內存內容。需要注意的是,ZombieLoad并不能讀取攻擊者指定的某個特定內存。其能夠讀取到的內容完全取決于當前被害者訪問了哪些內存。這些內存可能是某些不重要的數據,又或者是程序代碼,攻擊者不能直接對讀到的內容進行區分。

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ZombieLoad的攻擊能力有多強?

在漏洞發現者的論文中,ZombieLoad漏洞被定義為一種數據采樣的方法。每次攻擊能夠從目標程序中采樣獲得1byte的內容。之后需要通過各種手段從采樣數據中過濾無效數據、程序代碼等,從而獲得部分零散的目標數據。這些數據經過進一步處理分析才能夠得到完整目標數據。因此在實際攻擊過程中,攻擊者需要對目標程序運行時的所有狀態擁有深入、完整的了解,同時需配合如side-channel在內的多種其他攻擊手段。

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ZombieLoad能夠繞開進程間隔離機制,虛擬機間隔離機制以及特權級別隔離機制,竊取目標程序正在訪問的數據。

我們將ZombieLoad與「熔斷」漏洞進行比較。「熔斷」是近年來最廣為人知的處理器漏洞之一,其能夠讓攻擊者在無任何特權的情況下,直接讀取任意指定的操作系統內存;而ZombieLoad只能作為一種數據采樣方法,攻擊者需要深入了解被攻擊算法、實現方式等,同時結合大量現有攻擊手段,才有可能進行數據竊取。因此,ZombieLoad的攻擊難度遠高于熔斷漏洞;同時Intel也已經發布了修復補丁,因此對實際系統的安全影響較為有限。

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ZombieLoad的基本原理是什么?

在CPU內部,存在著諸多存儲單元,也就是大家知道的CPU緩存。這些緩存之間會通過一些緩存通信通道連接。同時在CPU內的最末級緩存也通過緩存通信通道與CPU外部的內存連接。該通道每次能夠傳遞64bytes的數據塊,通道中也會緩存有近幾次傳遞的數據塊。每個CPU核心中都有自己獨立的緩存通信通道。此次ZombieLoad漏洞就是從這些通信通道中竊取數據。

在CPU運行的過程中,經常會發生一些異常或者錯誤。此時CPU會將當前正在執行的指令標記為無效,并進行異常處理。對于這些無效指令,CPU仍然會允許其繼續執行,但是會在執行完成之后對其運算結果進行回滾。

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在上述過程中,如果無效指令包含一條內存讀取指令,那么它將能夠從CPU內部的緩存通信通道中讀取到殘留的數據塊,即使其沒有相應的訪問權限。之后,攻擊者能夠利用和「熔斷」漏洞相同的側信道技術,獲取該數據內容。由于CPU會快速回滾這些無效指令,每次能夠竊取的數據量非常有限。漏洞發現者在論文中提到,每次攻擊僅能夠從64bytes的數據塊中竊取1byte的數據。

由于每個CPU核心擁有自己的緩存通信通道,因此攻擊者必須和受害程序運行在同一個CPU核心當中。對于啟用了超線程技術的CPU,攻擊者可以運行在和受害程序相同CPU核心的不同CPU線程當中。

利用ZombieLoad的攻擊有什么限制?

ZombieLoad的攻擊窗口很小。ZombieLoad在攻擊時只能夠讀取目標程序正在使用的數據。攻擊者必須深入了解目標程序的算法、實現等,并且精確判斷目標數據在何時被使用,從而對其進行攻擊。

ZombieLoad要求攻擊者和受害程序同時運行在同一CPU核心上,從而能夠通過CPU核心中的緩存通信通道竊取數據。

ZombieLoad無法直接獲取目標數據。ZombieLoad只能夠以每次一個byte的速率對目標程序進行數據采樣。并且沒有辦法對采樣得到的數據進行區分。因此其需要配合諸如side-channel在內的各種攻擊一同使用。

在通過采樣數據逆向真實數據的過程中,往往需要對目標程序算法、實現方式等擁有非常深入的了解。基于ZombieLoad的攻擊難以對不開源,或者經過代碼混淆的二進制程序使用。

目前Intel已經提供了ZombieLoad攻擊的修復補丁,并且已經聯合各大操作系統提供方,云服務提供方進行了漏洞修復。攻擊無法在進行過修復的系統中實現。

ZombieLoad對基于IntelSGX的TEE系統有什么影響?

SGX是目前飽受關注的一項硬件安全技術,其提供了多個稱為enclave的安全執行環境。漏洞發現者在論文中提到:如果希望利用ZombieLoad對SGXenclave進行數據采樣,唯一的方法是將攻擊者的程序和目標enclave同時運行在一個CPU核心的兩個不同線程上。

然而,目前Intel官方要求:為了安全使用SGX技術,必須關閉超線程;同時Intel提供了驗證enclave所運行宿主機是否關閉超線程的方法。因此,在實現遠程驗證的前提下,ZombieLoad并不會影響到基于IntelSGX的TEE系統的安全性。

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