Vulnerabilidad del Firmware SEV

Este repositorio contiene un exploit para una vulnerabilidad en el firmware SEV. El exploit permite descifrar memoria arbitraria de un invitado SEV-SNP después de haber sido dado de baja.

Probado en la versión 1.55.16 (la más reciente al momento de escribir).

Causa Raíz

snp_reclaim_buffer intenta incondicionalmente escribir de vuelta los cambios del RMP incluso cuando la dirección no está cubierta por el RMP. Si address no está cubierta por el RMP, la dirección para la entrada RMP page_rmp_paddr nunca se inicializa correctamente y permanece en su valor inicial de 0. Como resultado, el firmware intenta escribir los cambios a la entrada RMP de vuelta a la dirección 0. Esto es malo porque la dirección 0 está cubierta por el RMP y no debería escribirse sin más comprobaciones. Si address está fuera del área cubierta por el RMP, page_rmp_entry nunca se inicializa correctamente y contiene basura de la pila. Esta basura es constante en la práctica.

Hay un comentario advirtiendo exactamente sobre este patrón de código, que también es por lo que no me sorprendería si no soy el primero en reportar esto.

snp_reclaim_buffer es llamado con la dirección de la página de estado de los búferes de anillo SEV cuando el hipervisor solicita salir del modo de búfer de anillo. Esta dirección es controlada por el atacante. Hay algunas comprobaciones para esta dirección, pero las páginas predeterminadas (es decir, páginas fuera del área cubierta por el RMP) están explícitamente permitidas.

Exploit

Podemos explotar esta escritura en la dirección 0 colocando una página de contexto de invitado allí. Convenientemente, el primer campo de la página de contexto de invitado es la semilla clave UMC, que tiene exactamente el mismo tamaño que una entrada RMP (ambas tienen 16 bytes de tamaño). Engañando al firmware para que escriba los cambios de vuelta a la dirección 0, podemos corromper la semilla clave UMC. La entrada RMP no inicializada que se escribe es siempre la misma, por lo que la semilla clave UMC corrompida también será casi siempre la misma: el conteo de subpáginas (9 bits) en la entrada RMP no se escribe, pero todos los demás campos sí. Al crear repetidamente nuevas páginas de contexto de invitado que tendrán un conteo de subpáginas inicial aleatorio diferente cada vez, podemos eventualmente crear múltiples invitados con la misma semilla clave UMC.

Para explotar la vulnerabilidad podemos ejecutar los siguientes pasos:

Crear una página de contexto de invitado en la dirección 0 para el invitado víctima.
Usar la vulnerabilidad para corromper la semilla clave UMC del invitado víctima.
Activar la página de contexto de invitado víctima y lanzar y ejecutar el invitado víctima.
Dar de baja al invitado víctima.
Crear una página de contexto de invitado en la dirección 0 para el invitado atacante.
Usar la vulnerabilidad para corromper la semilla clave UMC del invitado atacante. Se garantiza que todos los bits excepto 9 coinciden con la víctima.
Si la semilla clave UMC del invitado atacante coincide con la víctima, continuar; de lo contrario, ir al paso 5.
Activar la página de contexto de invitado atacante y lanzar con el flag de depuración habilitado.
Asignar la memoria del invitado víctima al invitado atacante.
Usar el comando SNP_DBG_ENCRYPT para descifrar la memoria del invitado víctima usando la página de contexto del invitado atacante. Esto tendrá éxito porque el invitado víctima y el invitado atacante comparten una semilla clave UMC.

Impacto

Debido al hecho de que solo podemos descifrar memoria después de que el invitado haya sido dado de baja, no es posible crear informes de atestación falsificados aunque tengamos acceso a los secretos del invitado. Solo podemos crear informes de atestación falsificados si el invitado ha sido migrado a otro host antes de ser dado de baja: en este caso, los secretos (es decir, VMPCKs) del invitado dado de baja también funcionarán en la nueva instancia migrada.

En la práctica, sin embargo, muchas aplicaciones almacenan otra información sensible (es decir, claves privadas, claves de cifrado de disco) que pueden filtrarse usando este exploit.

Mitigación

La entrada RMP solo debe escribirse de vuelta si la página no estaba en el estado predeterminado.

Uso del PoC

Cambiar el área cubierta por el RMP en la BIOS a 64GiB (0x10000 páginas de 1 MiB). Si su sistema no lo soporta, los parches de Linux deberán ajustarse en consecuencia. El PoC ha sido probado en un sistema con 128 GiB de memoria.
Aplicar los parches en la carpeta linux-patches a la punta de https://github.com/AMDESE/linux/commits/snp-host-v10. Compilar, instalar e iniciar el kernel.
Inicie un invitado SEV-SNP víctima.

Con el invitado aún en ejecución, obtenga la semilla clave UMC (cifrada).

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

Detenga el invitado víctima.
Inspeccione los registros del kernel para encontrar la ubicación de la página secreta creada durante el lanzamiento.
```
root@server:~# dmesg | grep "kvm_amd: Detected secret page"
[  463.851449] kvm_amd: Detected secret page at pfn 171a24
```
Recargue los módulos del kernel ccp, kvm y kvm_and:
```
root@server:~# rmmod kvm_amd kvm ccp && modprobe kvm_amd
```
Los parches de Linux parecen desordenar el RMP y esto reinicializa el RMP.

Ejecute el PoC.

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
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Tenga en cuenta que no hay nada especial en las páginas secretas, este exploit también se puede usar para descifrar páginas normales. Las páginas secretas se usan en el PoC porque tienen contenido muy reconocible que facilita ver que el descifrado de la memoria de la víctima ha tenido éxito.

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