askyeye/cve-2023-0045CVE-2023-0045 के लिए PoC और राइट-अप: BTB पॉइज़निंग और Flush+Reload का उपयोग करके Linux prctl/seccomp Spectre-BTI शमन को बायपास करता है और प्रक्रिया रहस्यों को लीक करता है।
José Oliveira (esoj)
Rodrigo Branco (BSDaemon)
Spectre-BTI हमलों की सफलता दर का परीक्षण करते समय, हमने कर्नेल API को शमन के रूप में उपयोग करते हुए एक अजीब पैटर्न का पता लगाया[^1]। हमारे परीक्षणों से पता चला कि लिनक्स कर्नेल syscall के बाद थोड़े समय के लिए प्रक्रिया को उजागर छोड़ते हुए हमले को सही ढंग से कम करने में विफल रहता है।
आगे की जांच से पता चला कि कर्नेल syscall के दौरान तुरंत IBPB जारी नहीं करता है। ib_prctl_set[^2] फ़ंक्शन कार्य के लिए थ्रेड सूचना फ़्लैग (TIFs) को अपडेट करता है और फ़ंक्शन __speculation_ctrl_update[^3] पर SPEC_CTRL MSR को अपडेट करता है, लेकिन IBPB केवल अगले शेड्यूल पर जारी किया जाता है, जब TIF बिट्स की जाँच की जाती है। यह पीड़ित को prctl syscall से पहले BTB में पहले से इंजेक्ट किए गए मानों के प्रति संवेदनशील छोड़ देता है। व्यवहार केवल कार्य के पुनर्निर्धारण के बाद ठीक किया जाता है। इसके अलावा, कर्नेल प्रवेश (स्वयं syscall के कारण) डिफ़ॉल्ट परिदृश्यों में IBPB जारी नहीं करता है (अर्थात, जब कर्नेल retpoline या eIBRS के माध्यम से स्वयं को सुरक्षित रखता है)।
spectre-BTI हमलों को कम करने के लिए prctl निष्पादित करना:
prctl(PR_SET_SPECULATION_CTRL, PR_SPEC_INDIRECT_BRANCH, PR_SPEC_FORCE_DISABLE, 0, 0);
कर्नेल 5.15 पर ib_prctl_set[^2] फ़ंक्शन की ओर ले जाता है। जब विकल्प SPEC_DISABLE का उपयोग किया जाता है तो task_set_spec_ib_disable के लिए TIF बिट सेट किया जाता है और task_update_spec_tif कॉल किया जाता है:
static int ib_prctl_set(struct task_struct *task, unsigned long ctrl)
[...]
case PR_SPEC_FORCE_DISABLE:
/*
* अप्रत्यक्ष शाखा अनुमान हमेशा अनुमत होता है जब
* शमन को बलपूर्वक अक्षम किया जाता है।
*/
if (spectre_v2_user_ibpb == SPECTRE_V2_USER_NONE &&
spectre_v2_user_stibp == SPECTRE_V2_USER_NONE)
return -EPERM;
if (!is_spec_ib_user_controlled())
return 0;
task_set_spec_ib_disable(task);
if (ctrl == PR_SPEC_FORCE_DISABLE)
task_set_spec_ib_force_disable(task);
task_update_spec_tif(task);
break;
task_set_spec_ib_disable set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SPEC_FORCE_UPDATE); कॉल करता है और यदि लक्ष्य कार्य वर्तमान है तो यह speculation_ctrl_update_current(); कॉल करता है:
static void task_update_spec_tif(struct task_struct *tsk)
{
/* वास्तविक TIF बिट्स के अद्यतन को बाध्य करें */
set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SPEC_FORCE_UPDATE);
/*
* वर्तमान कार्य के लिए अनुमान नियंत्रण MSR को तुरंत अपडेट करें,
* लेकिन गैर-वर्तमान कार्य के लिए CPU शमन सेट करने में देरी करें
* जब तक कि यह अगली बार शेड्यूल न हो जाए।
*
* यह केवल SECCOMP शमन के लिए हो सकता है। PRCTL के लिए यह
* हमेशा वर्तमान कार्य होता है।
*/
if (tsk == current)
speculation_ctrl_update_current();
}
speculation_ctrl_update_current speculation_ctrl_update रैपर के बाद __speculation_ctrl_update को tifp = ~tifp के साथ निष्पादित करता है, यहाँ STIBP सेट करने के लिए wrmsr का अद्यतन किया जाता है लेकिन कोई IBPB जारी नहीं किया जाता है:
static __always_inline void __speculation_ctrl_update(unsigned long tifp,
unsigned long tifn)
{
unsigned long tif_diff = tifp ^ tifn;
u64 msr = x86_spec_ctrl_base;
bool updmsr = false;
lockdep_assert_irqs_disabled();
/* शमन विधि के आधार पर TIF_SSBD के परिवर्तन को संभालें। */
if (static_cpu_has(X86_FEATURE_VIRT_SSBD)) {
if (tif_diff & _TIF_SSBD)
amd_set_ssb_virt_state(tifn);
} else if (static_cpu_has(X86_FEATURE_LS_CFG_SSBD)) {
if (tif_diff & _TIF_SSBD)
amd_set_core_ssb_state(tifn);
} else if (static_cpu_has(X86_FEATURE_SPEC_CTRL_SSBD) ||
static_cpu_has(X86_FEATURE_AMD_SSBD)) {
updmsr |= !!(tif_diff & _TIF_SSBD);
msr |= ssbd_tif_to_spec_ctrl(tifn);
}
/* केवल TIF_SPEC_IB का मूल्यांकन करें यदि सशर्त STIBP सक्षम है। */
if (IS_ENABLED(CONFIG_SMP) &&
static_branch_unlikely(&switch_to_cond_stibp)) {
updmsr |= !!(tif_diff & _TIF_SPEC_IB);
msr |= stibp_tif_to_spec_ctrl(tifn);
}
if (updmsr)
wrmsrl(MSR_IA32_SPEC_CTRL, msr);
}
seccomp syscall भी arch_seccomp_spec_mitigate[^4] के अंदर शमन के रूप में ib_prctl_set[^2] का उपयोग करता है, इसलिए seccomp के साथ भी यही परिणाम अपेक्षित है।
जबकि कोड विश्लेषण के माध्यम से हम निश्चित हैं कि शोषण के लिए विंडो मौजूद है, यह स्पष्ट नहीं था कि क्या यह पीड़ित के रहस्य लोड करने और हमलावर के उन्हें लीक करने के लिए पर्याप्त बड़ी थी (चूंकि रहस्यों को prctl कॉल जारी होने तक पीड़ित के पता स्थान में होने की उम्मीद नहीं है)। परीक्षण हार्डवेयर शमन के लिए समर्थन वाली बेयर मेटल मशीन पर किए गए, जिसमें ubuntu 22.04.1 LTS स्थापित था:
Kernel is Linux 5.15.0-56-generic #62-Ubuntu SMP Tue Nov 22 19:54:14 UTC 2022 x86_64
CPU is Intel(R) Core(TM) i7-4790 CPU @ 3.60GHz
* Hardware support (CPU microcode) for mitigation techniques
* Indirect Branch Restricted Speculation (IBRS)
* SPEC_CTRL MSR is available: YES
* CPU indicates IBRS capability: YES (SPEC_CTRL feature bit)
* Indirect Branch Prediction Barrier (IBPB)
* CPU indicates IBPB capability: YES (SPEC_CTRL feature bit)
* Single Thread Indirect Branch Predictors (STIBP)
* SPEC_CTRL MSR is available: YES
* CPU indicates STIBP capability: YES (Intel STIBP feature bit)
* Speculative Store Bypass Disable (SSBD)
परीक्षण कोड में दो प्रक्रियाएँ होती हैं जो एक ही तर्क कोर पर चलती हैं। हमलावर लगातार BTB को पीड़ित प्रक्रिया पर मौजूद एक spectre गैजेट के पते से जहर देता है। पीड़ित प्रक्रिया यह जाँच कर गलत अनुमान दर को मापती है कि क्या spectre गैजेट फ़ंक्शन द्वारा एक परीक्षण चर तक पहुँचा गया था। यह आमतौर पर निम्नलिखित आउटपुट लौटाता है:
esoj@oxigenio:~/CPU_exploits/prctlbleed$ ./attacker 0x55555554123 0x55555555345 0 &
esoj@oxigenio:~/CPU_exploits/prctlbleed$ ./victim-PRCTL 0x55555554123 0x55555555345 0
Rate: 941/1000
Rate: 1000/1000
Rate: 999/1000
Rate: 1000/1000
Rate: 1000/1000
Rate: 997/1000
Rate: 994/1000
Rate: 996/1000
Rate: 998/1000
Rate: 993/1000
Total misspredict rate: 9918/10000 (99.18 %)
फिर, हमले को कम करने के लिए PRCTL का उपयोग किया जाता है। प्रोग्राम की शुरुआत में prctl(PR_SET_SPECULATION_CTRL, PR_SPEC_INDIRECT_BRANCH, PR_SPEC_FORCE_DISABLE, 0, 0); जोड़कर शमन सक्षम किया जा सकता है। यह spectre-BTI हमले को कम करने की उम्मीद है:
PRCTL GET value 0x9
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Rate: 0/1000
Total misspredict rate: 0/10000 (0.00 %)
हालांकि, कुछ परीक्षणों ने एक अलग परिणाम दिखाया:
Rate: 50510/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Total misspredict rate: 50510/1000000 (5.05 %)
और 'nice' (प्राथमिकता) बदलने से गलत अनुमान दर प्रभावित होती प्रतीत होती है:
esoj@oxigenio:~/CPU_exploits/prctlbleed$ sudo nice -n -19 ./victim-PRCTL 0x55555554123 0x55555555345 0
Rate: 99994/100000
Rate: 7716/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Total misspredict rate: 107710/1000000 (10.77 %)
esoj@oxigenio:~/CPU_exploits/prctlbleed$ sudo nice -n 19 ./victim-PRCTL 0x55555554123 0x55555555345 0
Rate: 16715/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Rate: 0/100000
Total misspredict rate: 16715/1000000 (1.67 %)
यह इंगित करता है कि prctl ने कोड विश्लेषण द्वारा समझे जाने के अनुसार, प्रक्रिया को अगले शेड्यूल के बाद ही संरक्षित किया। इस परीक्षण का एक और अजीब व्यवहार यह है कि गलत शाखा के बाद, अनुमान पथ को सही किया जाना चाहिए और सही मान BTB पर लिखा जाना चाहिए। चूँकि BTB को फिर से जहर देने के लिए सहायक थ्रेड पर कोई अन्य हमलावर नहीं है, इसलिए इतने उच्च गलत अनुमान मान अप्रत्याशित हैं।