هل من الممكن أن تكون سرعة معالجك هي السبب الرئيسي في اختراق أمانك؟ لفهم كيفية وصول المعالجات إلى هذه السرعة ، علينا أن نأخذ في الاعتبار أنها تعمل عن طريق "التنبؤ بالمستقبل"... كلا، إنها ليست سحرية ولا تمتلك كرة بلورية صغيرة...
تعتمد آلية عمل المعالجات على توقع المسار المحتمل للبرنامج بدلاً من انتظار مساره . إذا كان التوقع خاطئًا، يتم تجاهل العمل، لكن تبقى آثاره في الذاكرة. هنا تبرز ثغرة Spectre ، إحدى أخطر الثغرات الأمنية المكتشفة في السنوات الأخيرة. منذ اكتشافها، تعلم المهاجمون كيفية قراءة هذه الآثار، مُبتكرين نسخًا متطورة منها؛ تُعدّ TONTOU إحدى هذه الثغرات الجديدة.
اكتشف باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية TONTOU (من وقت التحييد إلى وقت الاستخدام)، وهي تقنية جديدة متطورة لاستغلال ثغرات Spectre v2 ، مما يسمح بقراءة ذاكرة النواة من مساحة المستخدم.
على الرغم من أن المصنعين والمطورين قد صمموا آليات حماية مختلفة ضد الهجمات التنبؤية لسنوات، إلا أن المهاجمين تمكنوا من اكتشاف طرق جديدة، وتوضح هذه الدراسة الجديدة التي أجراها مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي كيفية تجاوز هذه الحمايات.
اكتشف الباحثون أن هناك فجوة زمنية لا مفر منها بين لحظة مسح المخزن المؤقت ولحظة استخدام التنبؤات، وفي هذه الفجوة الصغيرة يتم حقن التعليمات البرمجية (أحيانًا مجرد حفنة من التعليمات) من خلال مقاطعات النظام، مما يجعل من الممكن إعادة تلويث الأجهزة واستخراج البيانات الهامة.
بخصوص الهجوم: الاضطرابات والاختراق في نظام Safe-RET
تمتلك AMD آلية دفاعية ضد ثغرات SRSO (تجاوز سعة مكدس الإرجاع التخميني) تُسمى Saferet، والتي تُنظف آلية التنبؤ مباشرةً قبل كل استخدام. هذا يُتيح ثغرة أمنية يُمكن استغلالها في غضون بضع عشرات من النانوثواني. وللهجوم على هذه الثغرة الصغيرة، طوّر الباحثون تقنية أطلقوا عليها اسم حقن المقاطعة.
تُوقف المعالجات مهامها باستمرار لمعالجة المقاطعات، ويمكن للبرامج الشائعة ضبط هذه المؤقتات . بناءً على ذلك، قام الباحثون بضبط مؤقت بدقة ، وباستخدام تقنية لإبطاء وحدة المعالجة المركزية، تسببوا في مقاطعة المعالج في لحظة غير مناسبة تمامًا . خلال هذه المقاطعة، يمكن للمهاجم فرض تنفيذ عدد كبير من الاستدعاءات، مما يؤدي إلى تجاوز سعة مكدس العناوين. عند انتهاء التنفيذ الخاطئ، يتجاهل المعالج العملية، لكن البيانات التي تم الوصول إليها تبقى في ذاكرة التخزين المؤقت المشتركة ، حيث يمكن استخراجها من خلال تحليل أوقات الوصول.
استخراج كلمات المرور واختبارها على أنظمة حقيقية
لإثبات خطورة ثغرة TONTOU، قام الفريق بتطوير برنامج استغلال فعال على نظام AMD يعمل بنواة لينكس حديثة. تمثلت العقبة الأولى في تجاوز آلية الحماية التي تُغيّر موقع نظام التشغيل في الذاكرة عشوائيًا، وهو ما نجحوا في فعله خلال عشر محاولات، استغرقت كل منها حوالي تسع دقائق.
بعد ذلك، قاموا بتنفيذ هجوم محلي باستخدام حساب مستخدم غير مميز لتحديد تجزئة كلمة مرور الجذر، ونجحوا في استخراج البيانات بمعدل 5.47 بايت في الثانية بدقة 91.97%. وفي 50% من الاختبارات (التي استغرقت في المتوسط 18 دقيقة)، تمكنوا من اكتشاف واستخراج محتويات ملف كلمة المرور. ورغم أن هذه السرعة بطيئة، إلا أنها كافية لاختراق الخادم بشكل خطير.
التأثير على إنتل، وإيه إم دي، وتصحيح التخفيف
اختبر الفريق أربعة أجيال من معالجات إنتل وإيه إم دي، وحققوا فشلاً في التنبؤ على كلا البنيتين. وبينما أثبتت التقنية جدواها على عائلات معالجات AMD من Zen 1 إلى Zen 4 ، فقد تجاوز الهجوم على معالجات إنتل نظامي حماية مختلفين ، على الرغم من ملاحظة سلوك غير متسق بين أجيال إنتل المختلفة، مما يشير إلى اختلاف طريقة تنفيذ أنظمة الحماية الأساسية في الأجهزة.
كحلٍّ، يقترح الباحثون مسح آلية التنبؤ مرة ثانية بعد انتهاء المقاطعة. في حين أن هذا الإجراء يبدو مناسبًا لشركة AMD، إلا أنه قد يكون له نتائج عكسية على شركة Intel، لأن الهجوم يعتمد على ترك المقاطعة لحالة متسقة، مما قد يجعل الهجوم أكثر موثوقية.
أبلغ الباحثون شركتي AMD وIntel في أوائل فبراير، ومطوري نواة لينكس في مارس. ونتيجة لذلك، تم دمج آلية حظر التعليمات البرمجية للتخفيف من حدة الثغرة الأمنية في نواة لينكس في 5 أغسطس.
وأخيرًا، إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد، يمكنك العثور على التفاصيل في الرابط التالي.