Hertzbleed: новата фамилия атаки по странични канали

Екип експерти от университетите на Тексас, Илинойс и Вашингтон публикува информация за новата фамилия много опасни атаки по странични канали Hertzbleed, която бе класифицирана с индексите CVE-2022-23823 и CVE-2022-24436. Този вид атаки се базира на особеностите на динамичното управление на тактовата честота и засяга всички известни към днешен ден централни процесори, включително чиповете на Intel, AMD, в ARM архитектурите и т.н. Друг характерен момент е, че сорс кодовете с реализацията на Hertzbleed са публикувани в GitHub, като атаката е реализирана за компютър, базиран на процесора Intel i7-9700.

За оптимизиране консумацията на енергия и предотвратяване прегряването на процесорите, самите чипове динамично и автоматично променят своята работна честота, като по този начин променят своята производителност чрез влияние на времето за изпълнение на процесорните инструкции. Може да се каже, че промяната на тактовата честота с 1 Hz води до промяната на производителността с 1 цикъл в секунда. Идеята е следната: при определени условия промените на тактовата честота пряко и директно корелират с времето за обработване на данните.

Така например, времето на изчисление на операциите 2022+23823 и 2022+24436 линейно зависи от промяната на тактовата честота. На базата на натрупване на неголеми статистики и извършен анализ ма времето за изпълнение на процесорните инструкции с различни данни, става възможно възстановяването на информацията, използвана при изчисленията. Това е достатъчно. Hertzbleed дава възможност за осъществяването на отдалечени хакерски атаки чрез изчисляване на типичното време на изпълнение на инструкциите. Хакерът просто подава запитвания, включващи най-различни инструкции, като измерва времето на тяхното изпълнение.

Hertzbleed дава възможност за прочитане на криптиращите ключове чрез анализа на времето на изчисленията от страна на криптографските библиотеки. В тези програмни библиотеки се използват алгоритми, математическите изчисления в които винаги се извършват за точно определено време, което не зависи от типа на обработваните данни. Тези библиотеки досега се считаха за много добре защитени от атаки по странични канали, но ето че се оказа, че времето на изчисленията се определя не само от конкретния алгоритъм, но и от особеностите на работата на процесора.

Като пример бе демонстрирана атака за реализиране на механизма за капсулиране на ключовете SIKE (Supersingular Isogeny Key Encapsulation), който се счита за добре защитен срещу атаки по странични канали. По време на този експеримент успешно е възстановен ключът за криптиране на текст, след което самият текст е декриптиран. Всичко това е извършено отдалечено чрез измерване времето на изпълнение на процесорните инструкции при промяна на тактовата честота на чипа.

Оказа се, че компаниите Intel и AMD са били уведомени за Hertzbleed през третото тримесечие на 2021 година. Това е хардуерна уязвимост от много особен род и се налага промяна в масово използваните криптиращи алгоритми, като Cloudflare и Microsoft вече са започнали реализирането на подобна защита, която обаче намалява производителността с от 5 до 11%. Съответните ъпдейти вече се разпространяват.

Като алтернатива може да се изпозлва премахването на режимите Turbo Boost, Turbo Core и Precision Boost, но това ще доведе до кардинално намаляване на производителността.