Translated by Lauri Lyytinen (ITKST56 course assignment at JYU.FI)
♪ (36C3 intromusiikki) ♪
Juontaja: Seuraavan esityksen aihe on käytännön välimuistihyökkäykset verkossa
Puhujana on Michael Kurth. Hän tunnisti tämän hyökkäystavan. Hyökkäsytapa on
ensimmäinen laatuaan. Hän on tutkimuksen pääkirjoittaja ja hänen esityksensä
tulee olemaan suurenomoinen! Meille on luvattu huonoja sanaleikkejä kissoista ja
odotan niitä sinulta. Annetaan iso käsi Michael Kurthille!
(taputusta)
Michael: Hei kaikille ja paljon kiitoksia kun pääsitte kuuntelemaan esitystäni.
Nimeni on Michael ja haluan jakaa kansanne tutkimuksemme jonka toteuttamisen
mahdollisti mahtava VUSec grup osana Pro gradu -tutkimustani. Hieman itsetäni.
Suoritin tietotekniikan maisteriopintojani ETH Zürichin ja pystyin tekemään graduni
Amsterdamissa. Nykyään työskentelen turvallisuusanalyytikkona infoGuardilla.
Tässä näette ihmiset, jotka oikeasti mahdollistivat tämän tutkimuksen.
He ovat esimiehiäni ja tutkimus- kollegoitani, jotka tukivat minua
koko ajan ja panostivat aikaa ja vaivaa tutkimukseen. Joten he ovat oikeat
rokkistarat tämän tutkimuksen taustalla. Mutta aloitetaanpa välimuistiyökkäyksistä.
Tapa tunnettin paikallisesti suoritet- tavan koodin hyökkäyksenä. Esimerkiksi
vasemmalla näkyvässä virtuaaliympäristössä on kaksi virtuaalikonetta, jotka jakavat
laitteiston. Eli ne jakavat aikapaikat CPU:n ja välimuistin osalta. Siksi
VM2 käyttävä hyökkääjä voi suorittaa välimuistihyökkäyksen VM1 vastaan. Samoin
myös JavaScriptillä. Haitallinen skripti syötetään selaimelle, joka sitten
suorittaa sen. Koska se jakaa resursseja koneen kanssa se voi myös
hyökätä muihin prosesseihin. Tämä JavaScript tapa luo tunteen
verkon yli tapahtuvasta toiminnasta, eikö? Mutta se vaatii skriptin suorittamisen
koneellasi ollakseen oikeasti onnistunut. Joten halusimme kehittää tätä ja toteuttaa
oikean välimuistihyökkäyksen verkon yli. Tässä perusasetelmassa asiakas käyttää SSH
yhteyttä palvelimeen ja meillä on kolmas, hyökkääjän käyttämä kone. Kuten tulen
tänään todistamaan, voimme murtaa tämän SSH-istunnon luottamuksen käyttämällä
kolmatta konetta ilman haitallista koodia tai ohjelman suorittamista asiakkaalla
tai palvelimella. Lisäksi pavelimen CPU:lla ei ole mitään tekemistä tämän
välimuistihyökkäyksen kanssa. Joten se vain on, eikä huomaa kun siltä vuotaa
salaisuuksia. Katsotaanpa hieman tarkemmin. Tässä meillä on kiva kissa suorittamassa
SSH-istuntoa palvelimen kanssa ja aina, kun kissa painaa nappia yksi paketti
lähtee palvelimelle. Tämä toteutuu aina interaktiivisessa SSH-istunnossa. Kuten
nimikin kertoo, se luo interaktiivisuuden tunteen. Kun kurkkaamme hieman
konepellin alle nähdäksemme mitä palveli- mella tapahtuu, huomamme näiden pakettien
oikeasti aktivoivan viimeisen tason välimuistia (LLC). Tästä lisää hieman
myöhemmin. Nyt hyökkääjä toteuttaa saman- aikaisen välimuistihyökkäyksen LLC:een
vain lähettämällä verkkoliikennepaketteja. Ja näin voimme oikeasti vuotaa
saapumisajat yksittäisistä SSH-paketeista. Nyt varmaan kysyt itseltäsi miten
SSH-pakettien saapumisajat vaikuttavat SSH-istunnon luottamuksellisuuteen. No,
ihmisillä on omintakeisia tapoja kirjoit- taa. Ja tässä näemme esimerkin käyttäjän
kirjoittaessa sanaa "because". Huomamme, että E:n painallus B:n jälkeen on nopeampi
kuin esimerkiksi C A:n jälkeen. Tämä voidaan yleistää ja sitä voidaan käyttää
tilastollisessa analyysissä. Näillä orans- seilla pisteillä, jos saamme mallinnettua
saapumisajat moittettomasti — ja mitä moitteeton tarkoittaa: voimme mallintaa
tarkat ajat, kun käyttäjä näppäili —, voimme toteuttaa tämän tilastollisen
analyysin saapumisien välisistä ajoista. Ja näin voimme vuotaa mitä olit
kirjoittamssa yksityisessä SSH-istunnossa. Kuuolstaa pelottavalta ja futuristiselta,
mutta minä selkeytän asian esityksen aikana. Hyvä! Haluan tuoda yhden seikan
esille heti näin alussa: Kuten on tapana ja kirjoittamien helpottamiseksi
tutkimuskelle annetaan nimi. Ja jos olette seuranneet InfoSecin twitteriä tarkasti,
tunnistatte varmaan mistä olen puhumassa. Koska miedän tapauksessa nimesimme
tutkimuksen NetCAT:ksi. Tämä oli tietenkin sanaleikki. Tässä NetCAT tarkoittaa
"Network Cache Attack" ja se oli tietenkin huumoria, joka voi joskus kostautua.
Ja tässä tapauksessa se kostautui pahasti. Näin saimme aikaan himean twitter-draamaa
viime syyskuussa. Yksi tykätyimmistä twiiteistä tutkimukseen liittyen oli
Jakelta. Nämä esitykset ovat hyviä, koska tällaiset twiitit voidaan henkilöidä ja
kyllä: Minä olen tämä idiootti. Korjataanpa tämä! Intel tunnusti työmme palkitsemalla
ja lisäksi CVE-numerolla, joten nykyään voimme vain käyttää CVE-numeroa. Tai,
jos se on hankalaa, twitter draaman aikana joku lähetti meille tällaisen
kivan pienen vaihtoehtoisen nimen ja lisäsi logon, josta minä jopa pidän.
Sen nimi on NeoCAT. Jokatapuksessa, opimme läksymme nimeämisjutusta.
Siirrytäänpä eteenpäin. Palataan tukimuk- semme varsinaisesti kiinnostavimpiin
asioihin! Nopea hamottelu: Aion ensin kertoa taustoista eli
välimuistihyökkäykset yleisesti. Sitten DDIO ja RDMA, tärketä teknologiat joita
hyväksikäytimme verkon yli tapahtuvassa hyökkäyksessä. Sitten itse hyökkäys ja kuinka
käänteisesti suunnittelimme DDIO:n, päästä-päähän hyökkäys ja pieni demo.
Välimuistihyökkäykset perustuvat mikro- arkkitehtuurin tilan havainnointiin, jonka
pitäisi säilyä salassa ohjelmistolta. Tämä onnistuu pakottamlla jaetut resurssit
vuotamaan tietoa. Analogiana voidaan pitää kassakaapin murtamista stetoskoopilla,
jossa jeattuna resurssina on ilma, joka välittää lukosta tulevat äänet
kun sitä käsitellään. Tämä tapahtuu jokseenkin samalla tavalla
tietokoneissa. Mutta, nyt vain välimuis- tissa. Välimuisti ratkaisee pahatkin
viiveongelmat keskusmistista ladattaessa, eikö? Nämä tekevät karkeasti neljänneksen
kaikista komennoista. Ja välimuistin avulla voimme käyttää uudelleen datan ja käyttää
paikaktietoa ohjelmissa. Moderneissa CPU:issa on yleensä 3-kerroksinen välimusitihierarkia:
L1 on jaettu datan ja komentoväli- muistin kanssa. L2, ja sitten L3, joka
on jaettu ytimien kesken. Jos käsiteltävä data on jo ladattu välimuistiin, se
aiheittaa välimuistiosuman. Jos data pitää ladata keskusmuistista, sitä pidetään
välimuistihutina. Joten, miten saame oikeasti tietää milloin tapahtuu osuma tai
huti? Koska emme voi lukea dataa suoraan välimuistista. Voimme tehdä
tämän esimerkiksi alustamalla ja tutkaamalla. Se on tunnettu teknikka, jota
käytimme verkkoympäsristössä. Haluan paikaisesti kertoa siitä, mitä
tässä tapahtuu. Alustamisen ja tutkaamisen ensimmäisessä vaiheessa hyökkääjä saattaa
välimuistin tunnettuun tilaan. Periaat- teessa alustaa välimuistin. Se täyttää sen
omalla datallaan, jonka jälkeen hyökkääjä odottaa uhrin toimia. Viimeinen vaihe on
tutkaaminen, joka tekee alustamisen uudelleen, mutta tällä kertaa mittaa
kirjautumisajat. Nopeat osumat tar- koittavat ettei välimuistia oltu muutettu
välissä. Ja hutiosumat tuottavat, kuten nyt tiedämme, että uhri
on todella käyttänyt yhtä välimuistiriviä alustuksen ja tutkaamisen välissä.
Mitä voimme siis tehdä näillä osumilla ja hutiosumilla? Voimme analysoida niitä!
Tämä aikatieto kertoo meille paljon uhrin käyttäytymisestä ja ohjelmista.
Perustuen pelkästään osumiin ja huteihin voimme— tai tutkijat pystyivät —vuotamaan
salausavaimistoja, arvaamaan nettisaitteja tai muistin sisältöä. Näin siis SPECTRE:llä
ja MELTDOWN:lla. Katsotaanpa kuinka oike- astaan saamme toteutettua hyökkäyksen
verkon yli! Toinen tärkeistä teknologioista on DDIO. Mutta ensin haluan kertoa DMA:sta
koska se on kuin sen edeltäjä. DMA on periaatteessa teknologia, joka
sallii PCIe-laitteen, kuten esimerkiksi verkkokortin, vaikuttaa suoraan
keskusmuistiin ilman CPU:n keskeytystä. Joten esimerkiksi, jos paketti on
vastaanotettu, PCIe-laite vain laittaa sen keskusmuistiin ja sitten, kun
ohjelma tai sovellus haluaa käyttää dataa, silloin se voi hakea sen keskusmuistista.
Nyt DDIO:n kanssa tämä käy hieman toisella tavalla. DDIO:n avulla PCIe-laite voi
laittaa suoraan dataa viimeisen tasan välimuistiin. Tämä on hienoa, sillä nyt
kun sovellus työskentelee datan kanssa, sen ei tarvitse tehdä kallisarvoista hakua
keksusmuistista vaan se voi suoraan työstää dataa — tai noutaa sen —
LLC:sta. DDIO tarkoittaa "Data Direct I/O Technology" ja se on käytössä
kaikissa Intelin palvelintason prosesso- rissa vuodesta 2012 lähtien. Se on päällä
oletuksena ja läpinäkyvä ajureille ja käyttöjärjestelmille. Arvaan ettei monikaan
edes huomannut, että jokin muuttui kone- pellin alla. Muutos oli kuitenkin hyvin
merkittävä. Miksi oikeastaan DDIO:ta tarvitaan? Se on käytössä suorituskyvyn
takia. Tässä meillä on kiva Intelin tutki- mus, joka alimpana osoittaa