攻擊UEFI運行時服務和Linux
前言
具有物理訪問權限的攻擊者能夠在許多具有DMA-直接內存訪問的完全修補的計算機上攻擊固件。一旦在UEFI/EFI運行時服務中執行代碼，就可以使用腳本來控制正在運行的Linux系統。
Linux 4.8內核完全隨機化了內核的物理內存地址。如果計算機擁有足夠大的內存，內核很有可能隨機化到4G以上的地址空間上。這意味著DMA硬件攻擊僅能夠攻擊32位的地址(4GB)，如PCILeech，不能直接攻擊Linux內核。
由于EFI運行時服務通常位于4GB以下，因此它們在高內存EFI引導系統上提供了一種進入Linux的方法。
什么是EFI運行時服務?
PC上的UEFI，mac上的EFI是現代化的BIOS。UEFI是統一的可擴展固件接口的縮寫。UEFI負責檢測硬件和配置設備，以便于將控制移交給正在加載的操作系統。
UEFI的兩個主要組件是引導服務和運行時服務。操作系統上很早就調用ExitBootServices。隨后引導服務就不再使用。
即使在操作系統加載和運行后，EFI Runtime Services仍然保持運行。它們提供操作系統可以調用的各種功能。UEFI規范指定了運行時服務應該向操作系統提供的一組固定的函數，如下所示。
UEFI運行時服務
最初，運行時服務功能的位置通過運行時服務表傳送到操作系統。每個函數的物理地址是64位/8字節長，并以小端存儲的形式保存在內存中。然而，到目前為止，所有系統的內存地址都在32位范圍內。物理內存地址似乎是完全不變的，即在重新啟動之間不發生隨機化。
Linux隨后將這些地址映射到虛擬地址空間，并用相應的虛擬地址覆蓋表中的初始地址。初始表和被Linux修改后的表的如下所示。
EFI Runtime服務表，原始在左邊，Linux修改的為右邊。
攻擊
如果我們使用DMA用自己的代碼覆蓋EFI運行時服務表會發生什么?或者，如果我們修改EFI運行時服務表的指針，讓它指向之前插入的攻擊代碼，這又會發生什么?
當操作系統調用EFI運行時服務時，會在目標系統上執行代碼-例如當它讀取一個EFI變量。在特殊上下文中獲得執行代碼，其中較低的內存頁面在虛擬地址與物理地址之間以1：1映射。在正常的虛擬地址中是可以訪問到Linux內核的。在ring0/supervisor模式下執行。
然而，調用Linux內核中的所有函數是不可能的。一些函數會調用失敗，因為Linux已經為運行時服務設置了特殊的EFI上下文。針對這種情況，可以在Linux內核中patch 一個“隨機”的鉤子函數。當“正常”內核線程命中該鉤子時，被hook的內核代碼將會被執行.
目標系統運行Ubuntu 16.10，連接著攻擊硬件的PCILeech。右視圖為PCILeech
目標
已經在一臺具有8GB內存的聯想T430和一臺具有32G內存的 Intel NUC Skull Canyon做過了測試。T430的ExpressCard插槽用于獲得DMA訪問，在NUC上，在“BIOS”中設置Thunderbolt模式為“Legacy” – 允許通過Thunderbolt3 / USB-C進行DMA訪問。
T430非常簡單,只需插入PCILeech設備并調用pcileech.exe kmdload -kmd linux_x64_efi命令。PCILeech將搜索EFI運行時服務表并hook它。然后要求用戶執行某些操作來觸發已hook過的服務。
NUC是不同的。PCILeech在找到目標之前如果遇到不可讀的內存就會失敗。幸運的是，運行時服務表的地址是靜態的，在重新啟動之間不會改變。這適用于所有已測試的系統。找到地址最簡單的方法是通過在同一系統或相似系統上以EFI模式用USB引導啟動Linux。一旦啟動就調用命令cat /sys/firmware/efi/runtime來查看運行時服務表的物理地址。一旦知道地址是0x3b294e18，我們可以調用命令
- pcileech.exe kmdload -kmd linux_x64_efi -min 0x3b294000 -max 0x3b295000
顯示被攻擊的運行時服務表
備注
如果你也想試試，可以查看Github上的PCILeech。
雖然漏洞總是在運作,但是攻擊并不是100%穩定的。有時，搜索運行時服務表會失敗，有時很難觸發對運行時服務表的調用。有時目標系統也會崩潰。
結論
在Linux 4.8操作系統上，如Ubuntu 16.10。由于可以利用PCILeech，所以不再是完全安全的。 即使你的筆記本電腦可能沒有一個ExpressCard插槽，但是如果擰開后蓋，它可能會有一個mini-PCIe或M.2插槽。
操作系統將重要的數據放在高于32-bit/4GB的地址上并不能阻止DMA攻擊。32位硬件(如PCILeech)會攻擊低于4GB的代碼和數據。其他惡意硬件也可能攻擊多達到64位地址空間。
操作系統應該啟用VT-d來保護自身和固件(例如運行時服務)免受惡意設備的攻擊。
