This post is also available in:
English (אנגלית)
מעבדים מודרניים מנסים באופן שגרתי לחזות אילו פעולות התוכנה תבצע בהמשך, כדי להתחיל לעבד הוראות עוד לפני שהן נדרשות בפועל. טכניקה זו, המכונה ביצוע ספקולטיבי (Speculative Execution), משפרת את ביצועי המחשב, אך גם יוצרת בעיית אבטחה מתמשכת: אם תוקפים מצליחים להשפיע על התחזיות הללו, הם עלולים להסיק מידע מאזורים בזיכרון שאליהם לא אמורה להיות להם גישה.
יצרניות שבבים ומפתחי מערכות הפעלה הציגו לאורך השנים מנגנוני הגנה שמנקים או מבודדים את מנגנוני החיזוי של המעבד לפני ביצוע פעולות רגישות. אולם חוקרים מהמעבדה למדעי המחשב ובינה מלאכותית של MIT (CSAIL) הדגימו מתקפה חדשה שמראה כי גם פערי זמן זעירים במיוחד במנגנוני ההגנה הללו ניתנים לניצול.
משפחת המתקפות החדשה, המכונה TONTOU, מתמקדת בחלון הזמן הקצר שבין ניקוי מצב החיזוי של המעבד לבין השימוש בו בפועל. גם כאשר חלון זה נמשך מספר הוראות מעבד בודדות בלבד, החוקרים הצליחו להכניס לתוכו פעילות שמשנה מחדש את מצב מנגנון החיזוי.
השיטה שפיתחו, המכונה INTERRUPT INJECTION, מנצלת פעולה שגרתית לחלוטין של מחשבים. על פי דיווח של TechXplore, מעבדים מפסיקים באופן זמני את פעילותן של תוכניות כדי לטפל באירועים הנוצרים על ידי טיימרים, תעבורת רשת ורכיבי חומרה. באמצעות הגדרה מדויקת של טיימר הצליחו החוקרים לגרום לפסיקה להתרחש בדיוק בתוך חלון הזמן הפגיע. הקוד שמופעל בזמן הטיפול בפסיקה משנה את מצב מנגנון החיזוי של המעבד, וכאשר המשימה המקורית מתחדשת נוצרים התנאים לחיזוי שגוי.
החוקרים בחנו את השיטה על ארבעה דורות של מעבדי Intel ו־AMD, והצליחו לגרום לחיזויים שגויים בחומרה של שתי היצרניות. במערכות Intel הצליחה השיטה לעקוף הגנות מבוססות תוכנה במעבדים ישנים יותר, וכן מנגנון הגנה מבוסס חומרה בדור חדש יותר.
מנגנון ההגנה saferet של החברה הציב בפני החוקרים יעד מאתגר אף יותר. המנגנון מנקה את מצב החיזוי מיד לפני השימוש בו, כך שנותר חלון פגיע ברוחב של שתי הוראות בלבד, הנמשך בדרך כלל עשרות ננו־שניות. למרות זאת, החוקרים הצליחו לפגוע גם בחלון זה באמצעות האטה מכוונת של פעולת המעבד ברגע הקריטי.
כדי להדגים את השלכות האבטחה, פיתחו החוקרים פרצת הוכחת היתכנות שפעלה על מחשב מבוסס AMD המריץ גרסה עדכנית של ליבת Linux. בשלב הראשון הצליחה המתקפה לעקוף מנגנון הגנה שמבצע אקראיות של מיקום מערכת ההפעלה בזיכרון. לאחר מכן היא הצליחה לדלוף מידע מוגן בקצב של כחמישה בתים בשנייה. במחצית מניסיונותיהם הצליחו החוקרים לאתר ולהעתיק את הקובץ /etc/shadow, המכיל בין היתר את גיבוב סיסמת מנהל המערכת.
לממצאים יש חשיבות מיוחדת עבור רשתות ביטחוניות, ממשלתיות ותשתיות קריטיות, שבהן עומסי עבודה רגישים פועלים יותר ויותר בסביבות מחשוב מורכבות ומשותפות. מתקפות ברמת המעבד עלולות לערער מנגנוני הפרדה הנמצאים מתחת לשכבת היישומים הרגילה, ולכן פתרונות מסורתיים כמו אנטי־וירוס או ניטור תעבורת רשת אינם בהכרח נותנים מענה לחולשה הבסיסית.
החוקרים דיווחו על החולשה לגורמים האחראים על תחזוקת המערכות הרלוונטיות. מאז פרסמה AMD מנגנון לצמצום הסיכון, שאותו יכולים המשתמשים לקבל באמצעות עדכוני מערכת ההפעלה. המחקר ממחיש מציאות מאתגרת באבטחת מעבדים מודרניים: גם כאשר מנגנון הגנה פועל בטווח של ננו־שניות, חלון הזמן הזעיר שנותר עשוי להספיק לתוקף כדי למצוא דרך לעקוף אותו.
