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[12520] 2018-03-28_英特尔CPU漏洞再度袭来：研究员发现全新边信道攻击方法BranchScope

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2018-03-28_英特尔CPU漏洞再度袭来：研究员发现全新边信道攻击方法BranchScope 英 特 尔 C P U 漏 洞 再 度 袭 来 ： 研 究 员 发 现 全 新 边 信 道 攻 击 方 法 B r a n c h S c o p e J i n g l e C a t s + E   F r e e B u f   2 0 1 8 - 0 3 - 2 8 近 日 ， 美 国 四 所 大 学 的 一 组 学 者 发 现 了 全 新 的 边 信 道 攻 击 方 法 ， 他 们 能 够 利 用 现 代 近 日 ， 美 国 四 所 大 学 的 一 组 学 者 发 现 了 全 新 的 边 信 道 攻 击 方 法 ， 他 们 能 够 利 用 现 代 C P U 中 的 推 测 执 行 功 能 来 获 中 的 推 测 执 行 功 能 来 获 取 用 户 取 用 户 C P U 数 据 ， 泄 漏 敏 感 数 据 和 数 据 安 全 边 界 。 这 种 边 信 道 攻 击 方 法 与 今 年 年 初 的 数 据 ， 泄 漏 敏 感 数 据 和 数 据 安 全 边 界 。 这 种 边 信 道 攻 击 方 法 与 今 年 年 初 的   M e l t d o w n   和 和   S p e c t e r   漏 漏 洞 利 效 果 相 似 ， 但 研 究 人 员 这 次 利 用 的 是 洞 利 效 果 相 似 ， 但 研 究 人 员 这 次 利 用 的 是 C P U 推 测 执 行 功 能 中 的 一 个 新 片 段 。 推 测 执 行 功 能 中 的 一 个 新 片 段 。 B r a n c h S c o p e   与 与   S p e c t r e   v a r i a n t   2   十 分 相 似 十 分 相 似 来 自 威 廉 玛 丽 学 院 、 卡 内 基 梅 隆 大 学 、 加 州 大 学 河 滨 分 校 和 宾 厄 姆 顿 大 学 的 研 究 人 员 将 这 一 新 技 术 命 名 为 B r a n c h S c o p e   。 这 种 在 攻 击 方 式 上 主 要 针 对 “ 分 支 预 测 ” 行 为 ， 这 个 特 点 与   S p e c t r e   变 体 2 （ C V E - 2 0 1 7 - 5 7 1 5 ） 的 漏 洞 利 用 方 法 十 分 相 似 。 但 S p e c t r e   变 体   2 利 用 的 是 分 支 的 目 标 缓 冲 区 域 （ B r a n c h   T a r g e t   B u f f e r ） ， B r a n c h S c o p e   利 用 的 是 模 式 历 史 表 （ P a t t e r n   H i s t o r y   T a b l e ） 。 B r a n c h S c o p e   方 法 可 以 让 攻 击 者 取 代   C P U   进 行 指 令 执 行 的 决 策 。 在 这 种 方 式 之 下 ， 攻 击 者 可 以 在 计 算 机 的 特 定 区 域 上 获 取 敏 感 信 息 。 目 前 ， 研 究 员 已 经 成 功 在 因 特 尔 处 理 器 上 通 过 了 漏 洞 利 用 复 现 测 试 。 B r a n c h S c o p e   已 在 已 在   I n t e l   处 理 器 上 实 现 利 用 处 理 器 上 实 现 利 用 学 术 界 表 示 ， B r a n c h S c o p e   是 第 一 个 针 对 “ 分 支 预 测 ” 的 边 信 道 攻 击 方 法 ， 并 且 该 技 术 也 可 用 于 检 索 存 储 在 S G X 的 内 容 （ 英 特 尔 C P U 的 安 全 区 域 ） 。
研 究 团 队 在 实 例 测 试 中 对   I n t e l   x 8 6 处 理 器 进 行 了 漏 洞 利 用 ， 如 S a n d y   B r i d g e ，   H a s w e l l ， 以 及 S k y l a k e 。 攻 击 者 只 需 要 具 备 用 户 权 限 即 可 开 始 执 行 漏 洞 利 用 过 程 ， 失 败 概 率 小 于 1 % 。 这 种 全 新 的 攻 击 手 段 目 前 还 没 有 应 对 方 案 。 之 前   S p e c t r e   漏 洞 补 丁 无 法 应 对 这 次 的   B r a n c h S c o p e   攻 击 。 但 据 研 究 团 队 表 示 ， 针 对   B r a n c h S c o p e   攻 击 进 行 安 全 补 丁 的 修 复 应 该 不 是 难 题 — — 仍 然 需 要 从 软 件 和 硬 件 层 面 进 行 双 重 的 修 复 工 作 。 英 特 尔 发 言 人 表 示 ， 我 们 正 在 在 与 这 些 研 究 人 员 合 作 ， 目 前 已 经 了 解 到 这 个 漏 洞 的 细 节 信 息 了 。 我 们 预 计 现 有 的 软 件 修 复 措 施 ， 可 用 于 已 知 的 边 信 道 攻 击 ， 我 们 相 信 与 研 究 界 的 密 切 合 作 会 是 保 护 客 户 及 其 数 据 的 最 佳 途 径 之 一 。 我 们 很 感 谢 研 究 团 队 为 之 的 努 力 工 作 。 研 究 团 队 的 研 究 结 果 研 究 团 队 的 研 究 结 果   “ B r a n c h S c o p e : A   N e w   S i d e - C h a n n e l   A t t a c k   o n   D i r e c t i o n a l   B r a n c h   P r e d i c t o r ” [ 1 , 2 ]   会 在 会 在 第 第 2 3 届 届 A C M 国 际 编 程 语 言 和 操 作 系 统 架 构 会 议 国 际 编 程 语 言 和 操 作 系 统 架 构 会 议   ( A S P L O S   2 0 1 8 ) 上 公 开 。 上 公 开 。 软 件 及 硬 件 解 决 方 案 软 件 及 硬 件 解 决 方 案 针 对 这 个 漏 洞 ， 研 究 者 也 提 出 了 从 软 件 或 者 硬 件 方 面 进 行 的 缓 解 方 案 ： 1 、 软 件 方 面 缓 解 、 软 件 方 面 缓 解 通 过 算 法 移 除 依 赖 于 秘 密 数 据 的 分 支 结 果 ， 这 种 技 术 被 称 为 i f - c o n v e r s i o n ， 是 一 种 编 译 器 优 化 技 术 。 它 使 用 条 件 指 令 （ 如 c m o v ） 将 条 件 分 支 转 换 为 顺 序 代 码 ， 有 效 地 将 控 制 依 赖 关 系 转 化 为 数 据 依 赖 关 系 。 通 过 移 除 条 件 分 支 指 令 ， 从 而 缓 解 B r a n c h S c o p e 攻 击 。 然 而 ， 将 这 种 保 护 机 制 应 用 于 大 型 代 码 库 是 很 困 难 的 ， 只 能 局 限 于 使 用 敏 感 数 据 的 程 序 的 关 键 部 分 。 2 、 硬 件 防 御 、 硬 件 防 御 通 过 对 分 支 预 测 器 的 结 构 进 行 重 新 设 计 也 可 缓 解 这 个 攻 击 ， 具 体 的 缓 解 措 施 包 含 ： ( 1 ) P H T 随 机 化 随 机 化 B r a n c h S c o p e 需 要 在 P H T （ 模 式 历 史 表 ， p a t t e r n   h i s t o r y   t a b l e ） 中 创 建 可 预 测 的 冲 突 ( 例 如 ， 基 于 虚 拟 地 址 ) 。 为 了 防 止 这 种 冲 突 ， 可 以 修 改 P H T 索 引 函 数 作 为 该 软 件 实 体 唯 一 的 输 入 数 据 。 这 可 以 作 为 S G X 硬 件 状 态 的 一 部 分 ， 也 可 以 是 进 程 生 成 的 一 些 随 机 数 。 一 次 随 机 化 容 易 受 到 探 测 攻 击 ， 因 此 可 使 用 周 期 性 的 随 机 化 （ 这 会 牺 牲 一 些 性 能 ） ， 这 个 解 决 方 案 类 似 于 将 缓 存 映 射 的 随 机 化 作 为 防 止 侧 信 道 攻 击 的 保 护 。 尽 管 这 种 缓 解 技 术 具 有 负 面 的 性 能 开 销 ， 但 它 为 大 多 数 安 全 敏 感 分 支 提 供 了 完 美 的 安 全 保 护 。 ( 2 ) B P U 分 区 分 区 B P U （ b r a n c h   p r e d i c t i o n   u n i t ， 分 支 预 测 单 元 ） 分 区 可 使 攻 击 者 和 受 害 者 不 共 享 相 同 的 结 构 。 如 ， S G X 代 码 可 使 用 不 同
于 普 通 代 码 的 分 支 预 测 器 ， 或 者 结 构 支 持 B P U 私 有 分 区 ， 通 过 分 区 ， 攻 击 者 失 去 了 与 受 害 者 产 生 冲 突 的 能 力 。 ( 3 ) 其 它 解 决 方 案 其 它 解 决 方 案 除 了 以 上 的 缓 解 措 施 ， 也 可 通 过 移 除 或 增 加 性 能 计 数 器 的 噪 声 或 测 量 时 间 来 消 除 攻 击 者 测 量 分 支 结 果 的 准 确 能 力 。 另 一 种 方 案 是 更 改 有 限 状 态 机 （ F S M ， F i n i t e S t a t e   M a c h i n e s ） ， 使 其 更 随 机 ， 从 而 干 扰 攻 击 者 推 断 受 害 者 分 支 方 向 的 能 力 。 最 后 一 种 解 决 方 案 主 要 在 于 探 测 攻 击 的 痕 迹 ， 如 果 检 测 到 正 在 进 行 的 攻 击 ， 可 冻 结 或 者 杀 死 攻 击 者 的 进 程 。 在 S G X 中 攻 击 者 如 果 已 经 破 坏 了 操 作 系 统 ， 这 样 就 比 较 难 办 ， 检 测 到 攻 击 程 序 正 在 进 行 时 ， 需 要 S G X 代 码 重 新 映 射 自 身 或 停 止 执 行 。 * 参 考 来 源 ： b l e e p i n g c o m p u t e r ，   E l a i n e 、 J i n g l e C a t s 编 译 整 理 ， 转 载 请 注 明 F r e e B u f . C O M 阅 读 原 文
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