英特爾處理器被曝出“Downfall”漏洞：可竊取加密密鑰
今日，谷歌的一位高級研究科學家利用一個漏洞設計了一種新的CPU攻擊方法，該漏洞可影響多個英特爾微處理器系列，并允許竊取密碼、加密密鑰以及共享同一臺計算機的用戶的電子郵件、消息或銀行信息等私人數據。
該漏洞被追蹤為CVE-2022-40982，是一個瞬態執行側通道問題，影響基于英特爾微架構Skylake到Ice Lake的所有處理器。
攻擊者利用這個安全漏洞可以提取受軟件保護擴展(SGX)保護的敏感信息。SGX是英特爾基于硬件的內存加密技術，可以將內存中的代碼和數據與系統上的軟件分離開來。
SGX目前僅在服務器中央處理單元上得到支持，并為那些操作系統都無法訪問的軟件提供可信的隔離環境。
收集秘密數據
谷歌研究員Daniel Moghimi發現了這個漏洞，并將其報告給了英特爾，他說他的垮臺攻擊技術利用了gather指令，“在推測執行期間泄露了內部矢量寄存器文件的內容”。
Gather是英特爾處理器內存優化的一部分，用于加速訪問內存中的分散數據。然而，正如Moghimi在今天發表的一篇技術論文中解釋的那樣：“gather指令似乎使用了一個跨同級CPU線程共享的臨時緩沖區，它將數據暫時轉發給后來依賴的指令，數據屬于不同的進程，并在同一核心上運行gather執行。”
Moghimi開發了兩種攻擊技術，一種是收集數據采樣(GDS)，另一種是收集值注入(GVI)，它將GDS與2020年披露的負載值注入(LVI)技術相結合。
通過使用GDS技術，Moghimi 能夠在受控虛擬機之外的另一個虛擬機（VM）上竊取 AES 128 位和 256 位加密密鑰，每個系統都位于同一 CPU 內核的同胞線程上。
研究人員可在10 秒內一次性竊取 8 個字節，最終成功竊取了 AES 圓形密鑰，并將它們組合起來破解了加密。對于 100 個不同的密鑰，AES-128 的首次攻擊成功率為 100%。對 AES-256 的首次攻擊成功率為 86%。
研究人員指出，嘗試失敗意味著恢復整個密鑰需要多次運行攻擊，因為主密鑰的數據不會在 10 秒內頻繁出現。
除了加密密鑰外，Moghimi還提供了 GDS 攻擊的變種，這種攻擊可以竊取靜態的任意數據，因為在兩種情況下，CPU 會將這類信息預取到 SIMD 寄存器緩沖區中。
威脅評估和微代碼性能影響
Moghimi 指出，Downfall 攻擊要求攻擊者與受害者在同一個物理處理器內核上。但惡意軟件等本地程序有可能利用這一漏洞竊取敏感信息。
去年 8 月，英特爾發現了 Downfall/GDS 漏洞，并與 Moghimi 合作進行了研究，并且目前提供了微碼更新來緩解這一問題。
為了給原始設備制造商（OEM）和通信服務提供商（CSP）留出測試和驗證解決方案的時間，并為他們的客戶準備必要的更新，有關該漏洞的細節保密了近一年。
英特爾告訴 BleepingComputer，該問題不會影響 Alder Lake、Raptor Lake 和 Sapphire Rapids，Downfall 會影響以下三個系列的處理器：
- Skylake 系列（Skylake、Cascade Lake、Cooper Lake、Amber Lake、Kaby Lake、Coffee Lake、Whiskey Lake、Comet Lake）
- 虎湖系列
- 冰湖系列（Ice Lake、Rocket Lake）
英特爾修復和響應工程副總裁 Vivek Tiwari 認為，試圖在受控實驗室環境之外利用這一點將是一項復雜的工作。
英特爾在給 BleepingComputer 的一份聲明中表示，客戶可以查看公司提供的風險評估指南，并決定通過 Windows 和 Linux 以及虛擬機管理器（VMM）中的可用機制禁用微碼緩解功能。
做出這樣的決定可能是出于對Downfall/GDS緩解措施可能帶來的性能問題的擔憂，也可能是因為該問題對環境不構成威脅。
英特爾為客戶提供了威脅評估和性能分析信息，其結論是在某些環境中該問題的影響可能很小。在頻繁執行收集指令的情況下，存在潛在影響，這是高性能計算（HPC）環境所特有的。
不過，該芯片制造商表示，由于攻擊的條件和這些環境的典型配置，該問題在高性能計算環境中可能不會被視為威脅。
例如，攻擊者需要在與目標相同的物理內核上運行，并能夠運行不受信任的代碼等，而這些在這些環境中并不常見。
基于軟件的緩解措施
要消除 Downfall/GDS 攻擊的風險，需要重新設計硬件。雖然基于軟件的替代方案是存在的，不過這些方案都有注意事項，而且只能暫時解決問題。Moghimi 提出了四種這樣的替代方案，其中三種有明顯的缺點：
- 禁用同步多線程（SMT）可部分緩解 GDS 和 GVI 攻擊，但削減超線程會帶來 30% 的性能損失，而且跨上下文切換的泄漏仍會發生
- 通過操作系統和編譯器禁止受影響的指令，以防止它們向收集泄密；缺點是一些應用程序可能會被打亂，而且如果漏掉某些指令，泄密仍會發生
- 禁用收集。缺點是使用該指令的應用程序可能會變得緩慢甚至崩潰
- 防止收集指令后的瞬時數據轉發（添加加載柵欄，如 lfence 指令）可減輕 Downfall，這也是英特爾在最新微代碼更新中采用的解決方案。
不過，Moghimi 表示，要創建這樣的工具并不容易，因為它們需要更好地覆蓋硬件和支持的指令，鑒于硬件的復雜性和專有障礙，這是一項具有挑戰性的任務。
這位研究人員發布了 Downfall 的代碼，以便其他人可以查看和試用。此外，Daniel Moghimi 還計劃在美國黑帽安全大會上討論 Downfall 漏洞和攻擊技術。
英特爾發布了 CVE-2022-40982 的安全公告，目前的嚴重程度為 6.5 級。基于此漏洞，該公司還提供了一份技術文件，以及 Moghimi 關于 Downfall 的采訪內容。
