今日，谷歌的一位高級(jí)研究科學(xué)家利用一個(gè)漏洞設(shè)計(jì)了一種新的CPU攻擊方法，該漏洞可影響多個(gè)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(tái)計(jì)算機(jī)的用戶(hù)的電子郵件、消息或銀行信息等私人數(shù)據(jù)。

該漏洞被追蹤為CVE-2022-40982，是一個(gè)瞬態(tài)執(zhí)行側(cè)通道問(wèn)題，影響基于英特爾微架構(gòu)Skylake到Ice Lake的所有處理器。

攻擊者利用這個(gè)安全漏洞可以提取受軟件保護(hù)擴(kuò)展(SGX)保護(hù)的敏感信息。SGX是英特爾基于硬件的內(nèi)存加密技術(shù)，可以將內(nèi)存中的代碼和數(shù)據(jù)與系統(tǒng)上的軟件分離開(kāi)來(lái)。

SGX目前僅在服務(wù)器中央處理單元上得到支持，并為那些操作系統(tǒng)都無(wú)法訪問(wèn)的軟件提供可信的隔離環(huán)境。

收集秘密數(shù)據(jù)

谷歌研究員Daniel Moghimi發(fā)現(xiàn)了這個(gè)漏洞，并將其報(bào)告給了英特爾，他說(shuō)他的垮臺(tái)攻擊技術(shù)利用了gather指令，“在推測(cè)執(zhí)行期間泄露了內(nèi)部矢量寄存器文件的內(nèi)容”。

Gather是英特爾處理器內(nèi)存優(yōu)化的一部分，用于加速訪問(wèn)內(nèi)存中的分散數(shù)據(jù)。然而，正如Moghimi在今天發(fā)表的一篇技術(shù)論文中解釋的那樣：“gather指令似乎使用了一個(gè)跨同級(jí)CPU線程共享的臨時(shí)緩沖區(qū)，它將數(shù)據(jù)暫時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給后來(lái)依賴(lài)的指令，數(shù)據(jù)屬于不同的進(jìn)程，并在同一核心上運(yùn)行g(shù)ather執(zhí)行?！?/p>

Moghimi開(kāi)發(fā)了兩種攻擊技術(shù)，一種是收集數(shù)據(jù)采樣(GDS)，另一種是收集值注入(GVI)，它將GDS與2020年披露的負(fù)載值注入(LVI)技術(shù)相結(jié)合。

通過(guò)使用GDS技術(shù)，Moghimi 能夠在受控虛擬機(jī)之外的另一個(gè)虛擬機(jī)（VM）上竊取 AES 128 位和 256 位加密密鑰，每個(gè)系統(tǒng)都位于同一 CPU 內(nèi)核的同胞線程上。

研究人員可在10 秒內(nèi)一次性竊取 8 個(gè)字節(jié)，最終成功竊取了 AES 圓形密鑰，并將它們組合起來(lái)破解了加密。對(duì)于 100 個(gè)不同的密鑰，AES-128 的首次攻擊成功率為 100%。對(duì) 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(fù)整個(gè)密鑰需要多次運(yùn)行攻擊，因?yàn)橹髅荑€的數(shù)據(jù)不會(huì)在 10 秒內(nèi)頻繁出現(xiàn)。

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(tài)的任意數(shù)據(jù)，因?yàn)樵趦煞N情況下，CPU 會(huì)將這類(lèi)信息預(yù)取到 SIMD 寄存器緩沖區(qū)中。

威脅評(píng)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(gè)物理處理器內(nèi)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(fā)現(xiàn)了 Downfall/GDS 漏洞，并與 Moghimi 合作進(jìn)行了研究，并且目前提供了微碼更新來(lái)緩解這一問(wèn)題。

為了給原始設(shè)備制造商（OEM）和通信服務(wù)提供商（CSP）留出測(cè)試和驗(yàn)證解決方案的時(shí)間，并為他們的客戶(hù)準(zhǔn)備必要的更新，有關(guān)該漏洞的細(xì)節(jié)保密了近一年。

英特爾告訴 BleepingComputer，該問(wèn)題不會(huì)影響 Alder Lake、Raptor Lake 和 Sapphire Rapids，Downfall 會(huì)影響以下三個(gè)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(fù)和響應(yīng)工程副總裁 Vivek Tiwari 認(rèn)為，試圖在受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境之外利用這一點(diǎn)將是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。

英特爾在給 BleepingComputer 的一份聲明中表示，客戶(hù)可以查看公司提供的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南，并決定通過(guò) Windows 和 Linux 以及虛擬機(jī)管理器（VMM）中的可用機(jī)制禁用微碼緩解功能。

做出這樣的決定可能是出于對(duì)Downfall/GDS緩解措施可能帶來(lái)的性能問(wèn)題的擔(dān)憂(yōu)，也可能是因?yàn)樵搯?wèn)題對(duì)環(huán)境不構(gòu)成威脅。

英特爾為客戶(hù)提供了威脅評(píng)估和性能分析信息，其結(jié)論是在某些環(huán)境中該問(wèn)題的影響可能很小。在頻繁執(zhí)行收集指令的情況下，存在潛在影響，這是高性能計(jì)算（HPC）環(huán)境所特有的。

不過(guò)，該芯片制造商表示，由于攻擊的條件和這些環(huán)境的典型配置，該問(wèn)題在高性能計(jì)算環(huán)境中可能不會(huì)被視為威脅。

例如，攻擊者需要在與目標(biāo)相同的物理內(nèi)核上運(yùn)行，并能夠運(yùn)行不受信任的代碼等，而這些在這些環(huán)境中并不常見(jiàn)。

基于軟件的緩解措施

要消除 Downfall/GDS 攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，需要重新設(shè)計(jì)硬件。雖然基于軟件的替代方案是存在的，不過(guò)這些方案都有注意事項(xiàng)，而且只能暫時(shí)解決問(wèn)題。Moghimi 提出了四種這樣的替代方案，其中三種有明顯的缺點(diǎn)：

• 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(huì)帶來(lái) 30% 的性能損失，而且跨上下文切換的泄漏仍會(huì)發(fā)生
• 通過(guò)操作系統(tǒng)和編譯器禁止受影響的指令，以防止它們向收集泄密；缺點(diǎn)是一些應(yīng)用程序可能會(huì)被打亂，而且如果漏掉某些指令，泄密仍會(huì)發(fā)生
• 禁用收集。缺點(diǎn)是使用該指令的應(yīng)用程序可能會(huì)變得緩慢甚至崩潰
• 防止收集指令后的瞬時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（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(guò)，Moghimi 表示，要?jiǎng)?chuàng)建這樣的工具并不容易，因?yàn)樗鼈冃枰玫馗采w硬件和支持的指令，鑒于硬件的復(fù)雜性和專(zhuān)有障礙，這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

這位研究人員發(fā)布了 Downfall 的代碼，以便其他人可以查看和試用。此外，Daniel Moghimi 還計(jì)劃在美國(guó)黑帽安全大會(huì)上討論 Downfall 漏洞和攻擊技術(shù)。

英特爾發(fā)布了 CVE-2022-40982 的安全公告，目前的嚴(yán)重程度為 6.5 級(jí)?；诖寺┒?，該公司還提供了一份技術(shù)文件，以及 Moghimi 關(guān)于 Downfall 的采訪內(nèi)容。