Meltdown與Spectre:近期CPU特性漏洞安全公告

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0x00 事件描述

2018年1月4日,Jann Horn等安全研究者披露了"Meltdown"(CVE-2017-5754)和"Spectre"(CVE-2017-5753 & CVE-2017-5715)兩組CPU特性漏洞。

據(jù)悉,漏洞會造成CPU運(yùn)作機(jī)制上的信息泄露,低權(quán)級的攻擊者可以通過漏洞來遠(yuǎn)程泄露(瀏覽器形式)用戶信息或本地泄露更高權(quán)級的內(nèi)存信息。

實(shí)際攻擊場景中,攻擊者在一定條件下可以做到,

  • 泄露出本地操作系統(tǒng)底層運(yùn)作信息,秘鑰信息等;

  • 通過獲取泄露的信息,可以繞過內(nèi)核(Kernel), 虛擬機(jī)超級管理器(HyperVisor)的隔離防護(hù);

  • 云服務(wù)中,可以泄露到其它租戶隱私信息;

  • 通過瀏覽器泄露受害者的帳號,密碼,內(nèi)容,郵箱, cookie等用戶隱私信息;

目前相關(guān)的平臺,廠商,軟件提供商都在積極應(yīng)對該系列漏洞,部分廠商提供了解決方案。

經(jīng)過360安全團(tuán)隊(duì)評估,"Meltdown"和"Spectre"漏洞影響嚴(yán)重,修復(fù)流程較復(fù)雜,建議相關(guān)企業(yè)/用戶務(wù)必作好相關(guān)的修復(fù)評估工作。

0x01 事件影響面

影響面

漏洞風(fēng)險等級嚴(yán)重,影響廣泛:

  • 近20年的Intel, AMD, Qualcomm廠家和其它ARM的處理器受到影響;

  • 因?yàn)榇舜蜟PU漏洞的特殊性,包括Linux, Windows, OSX等在內(nèi)的操作系統(tǒng)平臺參與了修復(fù);

  • Firefox, Chrome, Edge等瀏覽器也發(fā)布了相關(guān)的安全公告和緩解方案;

漏洞編號

  • Meltdown

    • CVE-2017-5754

  • Spectre漏洞

    • CVE-2017-5715

    • CVE-2017-5753

相關(guān)安全公告

  • Intel

  • Microsoft

  • Amazon

    • ARM

      • Google

        • MITRE

          • Red Hat

            • Xen

              • Mozilla

                • VMware

                  • AMD

                    0x02 漏洞信息

                    注: 本段文字中部分引用了相關(guān)安全公告,如有異議請聯(lián)系cert@#。

                    現(xiàn)代處理器(CPU)的運(yùn)作機(jī)制中存在兩個用于加速執(zhí)行的特性,推測執(zhí)行(Speculative Execution)和間接分支預(yù)測(Indirect Branch Prediction)。

                    表面上看,處理器是依次順序執(zhí)行既定的處理器指令。但是,現(xiàn)代處理器為了更好利用處理器資源,已經(jīng)開始啟用并行執(zhí)行,這個技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了20年左右(1995年開始)。假設(shè),基于猜測或概率的角度,在當(dāng)前的指令或分支還未執(zhí)行完成前就開始執(zhí)行可能會被執(zhí)行的指令或分支,會發(fā)生什么?如果猜對了,直接使用,CPU執(zhí)行加速了。如果猜測不正確,則取消操作并恢復(fù)到原來的現(xiàn)場(寄存器,內(nèi)存等),結(jié)果會被忽略。整個過程過程并不會比沒有猜測的時候慢,即CPU的推測執(zhí)行(Speculative Execution)技術(shù)。

                    不幸的是,盡管架構(gòu)狀態(tài)被回滾了,仍然有些副作用,比如TLB或緩存狀態(tài)并沒有被回滾。這些副作用隨后可以被黑客通過旁道攻擊(Side Channel Attack)的方式獲取到緩存的內(nèi)容。如果攻擊者能觸發(fā)推測執(zhí)行去訪問指定的敏感數(shù)據(jù)區(qū)域的話,就可能可以讀取到原本是其它用戶或更高特權(quán)級的敏感數(shù)據(jù)。

                    此外,猜測過程是可以被“污染”的,攻擊者可以構(gòu)造出類似ROP攻擊的邏輯去影響推測過程。根據(jù)作者提供的思路,主要有三種場景:

                    1. “邊界檢查繞過”:通過污染分支預(yù)測,來繞過kernel或hypervisor的內(nèi)存對象邊界檢測。比如,攻擊者可以對高權(quán)級的代碼段,或虛擬環(huán)境中hypercall,通過構(gòu)造的惡意代碼來觸發(fā)有越界的數(shù)據(jù)下標(biāo),造成越界訪問。

                    2. “分支目標(biāo)注入”: 污染分支預(yù)測。抽象模型比較好的代碼往往帶有間接函數(shù)指針調(diào)用的情況,CPU在處理時需要會進(jìn)行必要的內(nèi)存訪問,這個過程有點(diǎn)慢,所以CPU會預(yù)測分支。攻擊者可以通過類似的ROP的方式來進(jìn)行信息泄露。

                    3. “流氓數(shù)據(jù)加載”:部分CPU上,為了速度并不是每次都對指令作權(quán)限檢查的,檢查的條件存在一定的缺陷;

                    實(shí)際攻擊場景中,攻擊者在一定條件下可以做到,

                    • 泄露出本地操作系統(tǒng)底層運(yùn)作信息,秘鑰信息等;

                    • 通過獲取泄露的信息,可以繞過內(nèi)核(Kernel), 虛擬機(jī)超級管理器(HyperVisor)的隔離防護(hù);

                    • 云服務(wù)中,可以泄露到其它租戶隱私信息;

                    • 通過瀏覽器泄露受害者的帳號,密碼,內(nèi)容,郵箱, cookie等用戶隱私信息;

                    目前幾大系統(tǒng)廠商各自在操作系統(tǒng)內(nèi)核中引入了KPTI的技術(shù),旨在和用戶態(tài)的頁表隔離,這樣一來就可以解決"Meltdown"和"Spectre"漏洞問題。但根據(jù)相關(guān)的外部信息,這樣一來可能帶來5%到30%性能上的損失。 360安全團(tuán)隊(duì)會持續(xù)關(guān)注芯片廠商修復(fù)方案的出臺。

                    0x03 安全建議

                    "Meltdown"和"Spectre"漏洞修復(fù)流程相對復(fù)雜,可能會有部分軟件不兼容問題(如殺毒軟件等)。

                    360CERT建議相關(guān)企業(yè)/用戶務(wù)必作好相關(guān)的修復(fù)評估工作。

                    具體評估和修復(fù)工作,可以參考相關(guān)廠商的安全公告。

                    0x04 時間線

                    2018-01-04 Google的Jann Horn發(fā)布漏洞信息

                    2018-01-04 360安全團(tuán)隊(duì)發(fā)布預(yù)警通告

                    0x05 參考資料

                    極客網(wǎng)企業(yè)會員

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                    2018-01-04
                    Meltdown與Spectre:近期CPU特性漏洞安全公告
                    0x00 事件描述2018年1月4日,Jann Horn等安全研究者披露了"Meltdown"(CVE-2017-5754)和"Spectre"(CVE-2017-5753 & CVE-2017-5715)兩組CPU特性漏洞。據(jù)悉,漏洞會造成CPU運(yùn)作機(jī)制上的信息泄露,低權(quán)級的攻擊者可以通過漏洞來遠(yuǎn)程泄露(瀏覽器形式)用戶信息或本地泄露更高權(quán)級的內(nèi)

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