पूर्वाभास: मुसीबत का एक अग्रदूत?

वर्तमान 2018 वर्ष दिलचस्प है क्योंकि लगभग हर महीने नए हार्डवेयर कमजोरियों के बारे में जानकारी होती है: स्पेक्टर और मेलडाउन ।

अभी हाल ही में - कुछ हफ़्ते पहले! - कमजोरियों के बारे में हाईप्रोफाइल खबर फोर्शेडो और L1Terminal फॉल्ट के बारे में प्रकाशित की गई थी, जो SGX (सोफावेयर गार्ड एक्सटेंशन्स) तंत्र को भी बायपास करने की सूचना है, जिसे पहले लगभग अटूट माना जाता था।

ये कमजोरियां कितनी खतरनाक हैं? क्या उनके खिलाफ बचाव करना संभव है, और यदि हां, तो कैसे? हम इस सब के बारे में नीचे बात करेंगे।

त्वरित संदर्भ

Foreshadow, या L1TF, कमजोरियों का एक पूरा समूह है जिसमें शामिल हैं:

• CVE-2018-3615 - SGX को बायपास करने के लिए;
• CVE-2018-3620 - ऑपरेटिंग सिस्टम के कर्नेल पर हमला करने के लिए, साथ ही साथ एसएमएम (सिस्टम मैनेजमेंट मोड);
• CVE-2018-3646 - आभासी मशीनों पर हमला करने के लिए।

कई प्रकाशनों के लेखक विशेष रूप से एसजीएक्स सुरक्षा को दरकिनार करने की संभावना के बारे में चिंतित हैं: स्पेक्टर और मेटल्डाउन को यह पता नहीं था कि यह कैसे करना है, और यह किसी भी संवेदनशील डेटा को रक्षाहीन बनाता है। यह समझने के लिए कि यह अलार्म कैसे उचित है, आइए हम SGX तंत्र के संचालन के सिद्धांतों का विश्लेषण करें।

SGX क्या है और मैं इसके आसपास कैसे पहुंच सकता हूं

संक्षिप्त नाम SGX सॉफ़्टवेयर गार्ड एक्सटेंशन के लिए है। यह इंटेल प्रोसेसर के लिए निर्देशों के सेट का नाम है जिसका उपयोग कोड और डेटा के निजी क्षेत्रों को उजागर करने के लिए किया जाता है। 2015 में, SGX के रचनाकारों में से एक, मैथ्यू होइकस्ट्रा (मैथ्यू होक्सस्ट्रा) ने एक लेख प्रकाशित किया (देखें रूसी अनुवाद भी), जिसमें उन्होंने इस तकनीक को बनाने के लिए निम्नलिखित लक्ष्यों की पहचान की:

• एप्लिकेशन डेवलपरों को उच्चतर विशेषाधिकार के साथ चल रहे दुर्भावनापूर्ण सॉफ़्टवेयर द्वारा अनधिकृत पहुंच या परिवर्तनों से महत्वपूर्ण डेटा की सुरक्षा करने की क्षमता प्रदान करता है;
• विशेषाधिकार प्रणाली के संचालन में हस्तक्षेप किए बिना और इसके प्लेटफॉर्म संसाधनों के नियोजन और नियंत्रण में हस्तक्षेप किए बिना संवेदनशील डेटा और कोड की अखंडता और गोपनीयता सुनिश्चित करने के लिए अनुप्रयोगों को अनुमति दें;
• प्लेटफ़ॉर्म उपाय को विश्वसनीय कोड बनाएं और हस्ताक्षरित प्रमाण पत्र और अन्य प्रमाण पत्रों का उत्पादन करने के लिए एप्लिकेशन का उपयोग करें, यह पुष्टि करते हुए कि कोड एक विश्वसनीय वातावरण में सही ढंग से आरंभ किया गया था;
• उपयोगकर्ताओं को अनुप्रयोगों और सेवाओं को स्थापित करने और हटाने की स्वतंत्रता को सीमित नहीं करते हुए, अनुप्रयोगों को नियंत्रित करने की क्षमता देता है;
• डेवलपर्स को ज्ञात उपकरणों और प्रक्रियाओं का उपयोग करके विश्वसनीय एप्लिकेशन बनाने की अनुमति दें।
• विश्वसनीय अनुप्रयोगों के लिए बढ़ी हुई उत्पादकता प्रदान करें
• एप्लिकेशन को कोड और डेटा के विश्वसनीय क्षेत्रों को उस स्थिति में भी निर्धारित करने की अनुमति दें, जब कोई हमलावर प्लेटफ़ॉर्म को नियंत्रित करता है और मेमोरी पर प्रत्यक्ष हमले कर सकता है ( यहां एक उदाहरण देखें)।

उद्धृत लेख में तकनीकी विवरणों की तुलना में बहुत अधिक विपणन है। यह सामान्य रूप से WHAT SGX तकनीक की रूपरेखा तैयार करता है, लेकिन यह कैसे किया जाता है, इस पर कोई शब्द नहीं है। हम नीचे विस्तार से इसका वर्णन करेंगे। हमारी प्रस्तुति में, हम मुख्य रूप से इंटरनेशनल एसोसिएशन फॉर क्रिप्टोलॉजी रिसर्च (IACR, इंटरनेशनल एसोसिएशन फॉर क्रिप्टोलॉजिक रिसर्च) द्वारा प्रकाशित एक विस्तृत लेख पर भरोसा करेंगे।

SGX मेमोरी को एक संरक्षित क्षेत्र बनाता है - PRM (प्रोसेसर आरक्षित मेमोरी) , जिसे एन्क्लेव भी कहा जाता है। प्रोसेसर एन्क्लेव को कर्नेल, हाइपरवाइजर और एसएमएम (सिस्टम मैनेजमेंट मोड) सहित किसी भी एक्सेस प्रयास से बचाता है, साथ ही परिधीय उपकरणों से एक्सेस प्रयासों से भी।

PRM में एक विशेष कैश होता है, तथाकथित EPC (एन्क्लेव पेज कैश) , जिसमें चार किलोबाइट पृष्ठ होते हैं जो एन्क्लेव कोड और डेटा को स्टोर करते हैं। जब एक विश्वसनीय फ़ंक्शन को बुलाया जाता है, तो एप्लिकेशन "डेटा" को केवल एन्क्लेव को देखता है; OS सहित कोई भी बाहरी पहुँच निषिद्ध है।

एन्क्लेव तक पहुंचने के किसी भी प्रयास के साथ, तथाकथित प्रमाणन प्रक्रिया होती है। एन्क्लेव एक हार्डवेयर-हस्ताक्षरित रिपोर्ट का अनुरोध करता है, जिसमें इसके मूल्य के बारे में जानकारी शामिल है। यह रिपोर्ट प्रमाणन सर्वर को भेजी जाती है। अनुप्रयोग कुंजी का सार्वजनिक भाग एन्क्लेव में भेजा जाता है; फिर एक निजी कुंजी उत्पन्न होती है, जो एन्क्लेव और प्लेटफॉर्म पर निर्भर करती है। कुंजी को एक हस्ताक्षर कुंजी के साथ एन्क्रिप्ट किया गया है और भविष्य के उपयोग के लिए संग्रहीत किया गया है।

जैसा कि आधिकारिक इंटेल प्रकाशनों में कहा गया है, एसजीएक्स डेटा और कोड पर सभी प्रकार के हमलों से रक्षा कर सकता है: सिस्टम और उपयोगकर्ता सॉफ्टवेयर दोनों से, और बूटलोडर से। लेकिन SGX तथाकथित साइड-चैनल हमलों से रक्षा नहीं कर सकता है। SGX कुख्यात स्पेक्टर और मेल्टडाउन के आसपास नहीं मिल सकता है।

हालाँकि, हाल ही में हमले हुए हैं (वास्तव में, फॉरशैडो से पहले भी - देखें, उदाहरण के लिए, यहां ) जो आपको एसजीएक्स सुरक्षा को बायपास करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, Foreshadow उनमें से सबसे तेज और सनसनीखेज है।

SGX प्रलेखन ने कहा कि "एन्क्लेव से पढ़ना असंभव है और किसी भी स्तर के विशेषाधिकारों के अस्तित्व की परवाह किए बिना उनमें कुछ भी नहीं लिखा जा सकता है।" हालांकि, वास्तव में, यह मामले से दूर है।

इस वर्ष के वसंत में, SGX स्पेक्टर नामक एक हमले के बारे में जानकारी दिखाई दी, जिसके साथ आप एन्क्लेव से डेटा निकाल सकते हैं। जैसा कि ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने दिखाया है (उदाहरण के लिए, यहां देखें ), एसडीके में "छेद" के लिए यह संभव है, जिसके साथ डेवलपर्स एसजीएक्स समर्थन को अपने अनुप्रयोगों में एकीकृत कर सकते हैं। प्रभावित एसडीके में इंटेल एसजीएक्स एसडीके, रस्ट-एसजीएक्स और ग्राफीन-एसजीएक्स थे। इस हमले का एक विस्तृत विश्लेषण इस लेख में पाया जा सकता है; एक वीडियो भी एक अच्छे उदाहरण के साथ Youtube पर पोस्ट किया गया था।

वीडियो, निश्चित रूप से, असंबद्ध है: एन्क्लेव में प्रवेश करने का मात्र तथ्य यह नहीं है कि महत्वपूर्ण डेटा चोरी हो सकता है। फिर भी, यह ध्यान दिया जाना चाहिए: SGX तंत्र की अखंडता और गोपनीयता का उल्लंघन किया जाता है।

फोरशैडो तथाकथित साइड-चैनल हमले का उपयोग करके अलगाव को तोड़ता है।

कुख्यात स्पेक्टर और मेल्टडाउन के रूप में, भेद्यता आदेशों के सट्टा निष्पादन के तंत्र का उपयोग करता है। यह निम्न बिंदु पर आधारित है: जब PTE तालिका (पेज टेबल एंट्री) में वर्तमान ध्वज की कमी के कारण टर्मिनल पृष्ठ की खराबी के कारण वर्चुअल पते पर मेमोरी एक्सेस करते हैं, तो इंटेल प्रोसेसर भौतिक पते की गणना करके डेटा को लोड करते हैं यदि वे L1 कैश में उपलब्ध है। भौतिक मेमोरी में डेटा की उपलब्धता की जांच करने और पढ़ने के लिए इस डेटा की उपलब्धता की जांच करने से पहले सट्टा गणना की जाती है। यदि पीटीई में कोई वर्तमान झंडा नहीं है, तो ऑपरेशन को छोड़ दिया जाता है; लेकिन डेटा कैश में "जमा" है और इससे निकाला जा सकता है। डेटा को बिल्कुल किसी भी भौतिक पते पर निकाला जा सकता है; यह हमलावरों के लिए विशाल अवसर खोलता है और उदाहरण के लिए, अतिथि मशीन से मेजबान पर डेटा निकालने के लिए अनुमति देता है। डेमो वीडियो पहले ही दिखाई दे चुके हैं:

हालाँकि, वीडियो स्पष्ट रूप से नहीं दिखता है, बहुत आश्वस्त और कमजोरियों के कई प्रदर्शनों से मिलता जुलता है स्पेक्टर और मेल्टडाउन जो इस साल की शुरुआत में इंटरनेट पर सामने आया था: ऐसा लगता है कि हम सुरक्षा पर काबू पाने में कामयाब रहे - लेकिन आगे क्या? बेशक, SGX बाईपास स्पष्ट रूप से एक अच्छा उपयोग मामला नहीं है।

क्यों डरते हो?

प्रशंसित स्पेक्टर और मेल्टडाउन के विपरीत, फोरशैडो केवल इंटेल प्रोसेसर को धमकी देता है। विवरणों में, यह ध्यान दिया जाता है कि इस हमले की मदद से एन्क्लेव से न केवल गोपनीय डेटा को निकालना संभव है, बल्कि एक निजी प्रमाणन कुंजी भी है, जो पूरे SGX पारिस्थितिकी तंत्र में विश्वास को कम करती है।

हाइपरविजर ऑपरेटिंग सिस्टम के मूल तथाकथित सिस्टम प्रबंधन मोड (SMM) को विभिन्न फोरशैडो विविधताएं धमकी देती हैं। कुछ विशेषज्ञ ध्यान दें कि फोरशैडो का उपयोग करके आप तृतीय-पक्ष क्लाउड में वर्चुअल मशीनों से डेटा चुरा सकते हैं। ऐसे प्रकाशन हैं जहां यह ध्यान दिया जाता है कि नया हमला आपको स्पेक्टर और मेल्टेड हमलों से बचाने के लिए पहले से गणना किए गए पैच को बायपास करने की अनुमति देता है।

हालांकि - स्पेक्टर और मेल्टडाउन के साथ - सभी हाई-प्रोफाइल स्टेटमेंट को अत्यधिक सावधानी के साथ व्यवहार किया जाना चाहिए। सनसनीखेज हमलों का उपयोग करके महत्वपूर्ण और गोपनीय डेटा की चोरी के कोई भी मामले अभी तक दर्ज नहीं किए गए हैं। कारनामों के प्रकाशित प्रोटोटाइप (जैसा कि उनके लेखक खुद चेतावनी देते हैं) प्रायोगिक नमूनों से ज्यादा कुछ नहीं हैं, वास्तविक अभ्यास से फाड़ दिया जाता है, और हमेशा सभी के लिए काम नहीं करेगा, खासकर जब यह आभासी मशीनों की बात आती है। इसलिए, यह बहुत जल्दी आतंक है: न केवल एन्क्लेव में घुसना करने के लिए, बल्कि इससे महत्वपूर्ण जानकारी निकालने के लिए, आपको वास्तव में, वास्तव में प्रयास करने की आवश्यकता है।

आज तक, वास्तव में गंभीर हमले नहीं हुए हैं।

पैच और प्रदर्शन

पैच का विषय हार्डवेयर भेद्यता के खिलाफ सुरक्षा (और यदि सुरक्षा नहीं है, तो उनके परिणामों को समतल करना) भी बहुत प्रासंगिक है। स्पेक्टर और मेल्टडाउन के साथ हाल की कहानी को याद करें: आग के क्रम में कई उपाय किए गए थे, जिसके परिणामस्वरूप सर्वोत्तम परिणाम नहीं थे: अचानक सिस्टम रिबूट, प्रदर्शन में तेज गिरावट, आदि। Microsoft को भी Intel पैच को अक्षम करने वाले अपडेट जारी करने थे। इस साल के पहले तीन महीनों में, इंटेल के खिलाफ केवल 32 मुकदमे दर्ज किए गए थे।

बड़ी कंपनियों ने फ़ोरशेडो भेद्यता पर जानकारी के प्रकाशन के लिए तुरंत प्रतिक्रिया दी: इंटेल , रेड हैट , एसयूएसई , वीएमवेयर , ओरेकल ने प्रासंगिक बयान दिए। सिस्को उत्पादों के लिए और लिनक्स कर्नेल के लिए कोई कम तेज़ी से जारी किए गए अपडेट नहीं थे।

घटनाओं के बिना नहीं: इंटेल ने जल्दी से माइक्रोकोड अपडेट जारी किए, लेकिन अजीब घटनाओं के बिना: अद्यतन से पहले और बाद में प्रदर्शन परीक्षण के परिणामों के प्रकाशन पर अचानक प्रतिबंध की घोषणा की गई (फिर, हालांकि, प्रतिबंध हटा लिया गया था )। क्या कहना मुश्किल था। और प्रदर्शन पर पैच के प्रभाव का विषय निस्संदेह एक अलग अध्ययन और एक अलग लेख के हकदार हैं। और यह संभव है कि हम निकट भविष्य में इस तरह के एक लेख को प्रकाशित करेंगे।

निष्कर्ष

इस लेख में, हमने फॉरशैडो वर्ग की कमजोरियों का एक संक्षिप्त अवलोकन प्रदान किया है। स्वाभाविक रूप से, एक लेख के ढांचे के भीतर, फॉरशैडो समूह की कमजोरियों के सभी पहलुओं के बारे में बात करना असंभव है। इसलिए, हम अधिक जानने के इच्छुक लोगों के लिए उपयोगी लिंक का चयन प्रदान करते हैं:

• SGX का उपयोग करके एप्लिकेशन डिवाइस का स्पष्टीकरण ( रूसी अनुवाद भी देखें);
  
• एसजीएक्स तंत्र की विशेषताओं का विश्लेषण (इसके कमजोर बिंदुओं सहित);
  
• एक विशेष साइट फोरशैडो समूह से कमजोरियों के लिए समर्पित ;
  
• SGX हमले की तकनीकों का अवलोकन ।
  

यदि आपके पास हार्डवेयर भेद्यता और उनके परिणामों का विश्लेषण करने का अनुभव है - टिप्पणी में आपका स्वागत है।