SEV-Firmware-Schwachstelle

Dieses Repository enthält einen Exploit für eine Schwachstelle in der SEV-Firmware. Der Exploit ermöglicht es, beliebigen Speicher eines SEV-SNP-Gasts zu entschlüsseln, nachdem dieser dekommissioniert wurde.

Getestet mit Version 1.55.16 (zum Zeitpunkt des Schreibens die neueste Version).

Grundursache

snp_reclaim_buffer unternimmt bedingungslos den Versuch, RMP-Änderungen zurückzuschreiben, selbst wenn die Adresse nicht vom RMP abgedeckt ist. Wenn address nicht vom RMP abgedeckt ist, wird die Adresse für den RMP-Eintrag page_rmp_paddr nie ordnungsgemäß initialisiert und bleibt bei ihrem Anfangswert 0. Infolgedessen versucht die Firmware, die Änderungen am RMP-Eintrag an Adresse 0 zurückzuschreiben. Das ist problematisch, weil Adresse 0 vom RMP abgedeckt ist und ohne weitere Prüfungen nicht beschrieben werden sollte. Wenn address außerhalb des vom RMP abgedeckten Bereichs liegt, wird page_rmp_entry nie ordnungsgemäß initialisiert und enthält Speichermüll vom Stack. Dieser Speichermüll ist in der Praxis konstant.

Es gibt einen Kommentar, der vor genau diesem Codemuster warnt; auch deshalb würde es mich nicht überraschen, wenn ich nicht der Erste bin, der das meldet.

snp_reclaim_buffer wird mit der Adresse der Statusseite der SEV-Ringpuffer aufgerufen, wenn der Hypervisor das Verlassen des Ringpuffermodus anfordert. Diese Adresse ist vom Angreifer kontrolliert. Es gibt einige Prüfungen für diese Adresse, aber Standardseiten (d. h. Seiten außerhalb des vom RMP abgedeckten Bereichs) sind explizit erlaubt.

Exploit

Wir können dieses Schreiben an Adresse 0 ausnutzen, indem wir dort eine Gastkontextseite platzieren. Praktischerweise ist das erste Feld der Gastkontextseite der UMC-Schlüssel-Seed, der genau so groß ist wie ein RMP-Eintrag (beide sind 16 Bytes groß). Indem wir die Firmware dazu bringen, Änderungen an Adresse 0 zurückzuschreiben, können wir den UMC-Schlüssel-Seed korrumpieren. Der nicht initialisierte RMP-Eintrag, der geschrieben wird, ist immer derselbe, sodass auch der korrumpierte UMC-Schlüssel-Seed immer fast derselbe sein wird: Die Subpage-Anzahl (9 Bits) im RMP-Eintrag wird nicht geschrieben, aber alle anderen Felder schon. Indem wir wiederholt neue Gastkontextseiten erstellen, die jedes Mal eine andere zufällige anfängliche Subpage-Anzahl haben, können wir schließlich mehrere Gäste mit demselben UMC-Schlüssel-Seed erstellen.

Um die Schwachstelle auszunutzen, können wir die folgenden Schritte ausführen:

Erstellen Sie eine Gastkontextseite an Adresse 0 für den Opfer-Gast.
Nutzen Sie die Schwachstelle, um den UMC-Schlüssel-Seed des Opfer-Gasts zu korrumpieren.
Aktivieren Sie die Gastkontextseite des Opfer-Gasts und starten und führen Sie den Opfer-Gast aus.
Dekommissionieren Sie den Opfer-Gast.
Erstellen Sie eine Gastkontextseite an Adresse 0 für den Angreifer-Gast.
Nutzen Sie die Schwachstelle, um den UMC-Schlüssel-Seed des Angreifer-Gasts zu korrumpieren. Es ist garantiert, dass alle bis auf 9 Bits mit denen des Opfer-Gasts übereinstimmen.
Wenn der UMC-Schlüssel-Seed des Angreifer-Gasts mit dem des Opfer-Gasts übereinstimmt, fahren Sie fort; andernfalls gehen Sie zu Schritt 5.
Aktivieren Sie die Gastkontextseite des Angreifer-Gasts und starten Sie mit aktiviertem Debug-Flag.
Weisen Sie den Speicher des Opfer-Gasts dem Angreifer-Gast zu.
Verwenden Sie den Befehl SNP_DBG_ENCRYPT, um den Speicher des Opfer-Gasts mithilfe der Kontextseite des Angreifer-Gasts zu entschlüsseln. Dies wird gelingen, weil der Opfer-Gast und der Angreifer-Gast einen gemeinsamen UMC-Schlüssel-Seed verwenden.

Auswirkungen

Da wir den Speicher erst entschlüsseln können, nachdem der Gast dekommissioniert wurde, ist es nicht möglich, gefälschte Attestierungsberichte zu erstellen, obwohl wir Zugriff auf die Geheimnisse des Gasts haben. Wir können nur dann gefälschte Attestierungsberichte erstellen, wenn der Gast vor der Dekommissionierung auf einen anderen Host migriert wurde: In diesem Fall funktionieren die Geheimnisse (d. h. VMPCKs) des dekommissionierten Gasts auch auf der neu migrierten Instanz.

In der Praxis speichern viele Anwendungen jedoch andere sensible Informationen (z. B. private Schlüssel, Festplattenverschlüsselungsschlüssel), die mit diesem Exploit geleakt werden können.

Gegenmaßnahmen

Der RMP-Eintrag sollte nur dann zurückgeschrieben werden, wenn sich die Seite nicht im Standardzustand befand.

Verwendung des PoC

Ändern Sie den vom RMP abgedeckten Bereich im BIOS auf 64GiB (0x10000 1-MiB-Seiten). Wenn Ihr System das nicht unterstützt, müssen die Linux-Patches entsprechend angepasst werden. Der PoC wurde auf einem System mit 128GiB Speicher getestet.
Wenden Sie die Patches im Ordner linux-patches auf den neuesten Stand von https://github.com/AMDESE/linux/commits/snp-host-v10 an. Bauen, installieren und booten Sie den Kernel.
Starten Sie einen Opfer-SEV-SNP-Gast.
Während der Gast noch läuft, rufen Sie den (verschlüsselten) UMC-Schlüssel-Seed ab.
```
root@server:~# hexdump -ve '16/1 "%.2x" "\n"' -n 16 /dev/mem
118402003190020000d0150701000000
```
Stoppen Sie den Opfer-Gast.

Prüfen Sie die Kernel-Logs, um den Speicherort der beim Start erstellten Secret-Seite zu ermitteln.

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

Laden Sie die Kernel-Module ccp, kvm und kvm_and neu:
```
root@server:~# rmmod kvm_amd kvm ccp && modprobe kvm_amd
```
Die Linux-Patches scheinen das RMP zu stören; dies initialisiert das RMP neu.

Führen Sie den PoC aus.

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
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