SEV ファームウェアの脆弱性

このリポジトリには、SEVファームウェアの脆弱性を利用したエクスプロイトが含まれています。このエクスプロイトにより、SEV-SNPゲストのメモリを、ゲストがデコミッションされた後に任意に復号できます。

バージョン1.55.16（執筆時点での最新版）でテスト済みです。

根本原因

snp_reclaim_buffer は、アドレスがRMPでカバーされていない場合でも、無条件にRMP変更を書き戻そうとします。address がRMPでカバーされていない場合、RMPエントリ page_rmp_paddr のアドレスは正しく初期化されず、初期値 0 のままになります。その結果、ファームウェアはRMPエントリの変更をアドレス 0 に書き戻そうとします。これは問題です。なぜなら、アドレス 0 はRMPでカバーされており、追加のチェックなしに書き込むべきではないからです。address がRMPカバー領域外の場合、page_rmp_entry は正しく初期化されず、スタックからのガベージメモリを含みます。このガベージメモリは実際には一定です。

このコードパターンについて正確に警告するコメントがあります。そのため、私がこの問題を最初に報告したのではないとしても驚かないでしょう。

snp_reclaim_buffer は、ハイパーバイザーがリングバッファモードの終了を要求したときに、SEVリングバッファのステータスページのアドレスを引数として呼び出されます。このアドレスは攻撃者が制御可能です。このアドレスにはいくつかのチェックがありますが、デフォルトページ（つまりRMPカバー領域外のページ）は明示的に許可されています。

エクスプロイト

アドレス 0 へのこの書き込みを悪用するには、そこにゲストコンテキストページを配置します。便利なことに、ゲストコンテキストページの最初のフィールドはUMCキーシードであり、RMPエントリとまったく同じサイズ（両方とも16バイト）です。ファームウェアを騙してアドレス 0 に変更を書き戻させることで、UMCキーシードを破壊できます。書き込まれる未初期化のRMPエントリは常に同じであるため、破壊されたUMCキーシードも常にほぼ同じになります。RMPエントリのサブページカウント（9ビット）は書き込まれませんが、他のすべてのフィールドは書き込まれます。新しいゲストコンテキストページを繰り返し作成することで、毎回異なるランダムな初期サブページカウントが得られるため、最終的に同じUMCキーシードを持つ複数のゲストを作成できます。

脆弱性を悪用するには、以下の手順を実行します：

被害者ゲストのためにアドレス 0 にゲストコンテキストページを作成します。
脆弱性を使用して被害者ゲストのUMCキーシードを破壊します。
被害者ゲストコンテキストページをアクティブ化し、被害者ゲストを起動して実行します。
被害者ゲストをデコミッションします。
攻撃者ゲストのためにアドレス 0 にゲストコンテキストページを作成します。
脆弱性を使用して攻撃者ゲストのUMCキーシードを破壊します。9ビットを除くすべてのビットが被害者ゲストと一致することが保証されます。
攻撃者ゲストのUMCキーシードが被害者と一致したら続行し、そうでなければステップ5に戻ります。
攻撃者ゲストコンテキストページをアクティブ化し、デバッグフラグを有効にして起動します。
被害者ゲストのメモリを攻撃者ゲストに割り当てます。
SNP_DBG_ENCRYPT コマンドを使用して、攻撃者ゲストのコンテキストページを使って被害者ゲストのメモリを復号します。これは、被害者ゲストと攻撃者ゲストがUMCキーシードを共有しているため成功します。

影響

ゲストがデコミッションされた後でしかメモリを復号できないため、ゲストの秘密にアクセスできるにもかかわらず、偽のアテステーションレポートを作成することはできません。偽のアテステーションレポートを作成できるのは、ゲストがデコミッションされる前に別のホストにマイグレーションされた場合のみです。この場合、デコミッションされたゲストの秘密（VMPCKなど）は、新しくマイグレーションされたインスタンスでも機能します。

しかし実際には、多くのアプリケーションがこのエクスプロイトを使用して漏洩する可能性のある他の機密情報（秘密鍵、ディスク暗号化キーなど）を保存しています。

緩和策

RMPエントリは、ページがデフォルト状態でない場合にのみ書き戻されるべきです。

PoCの使用方法

BIOSでRMPカバー領域を64GiB（0x10000 1-MiBページ）に変更します。システムがそれをサポートしていない場合、Linuxパッチを適宜調整する必要があります。PoCは128GiBのメモリを搭載したシステムでテストされています。
linux-patchesフォルダ内のパッチを https://github.com/AMDESE/linux/commits/snp-host-v10 の先頭に適用します。カーネルをビルド、インストール、起動します。
被害者のSEV-SNPゲストを起動します。
ゲストが実行中の状態で、（暗号化された）UMCキーシードを取得します。
```
root@server:~# hexdump -ve '16/1 "%.2x" "\n"' -n 16 /dev/mem
118402003190020000d0150701000000
```
被害者ゲストを停止します。
カーネルログを調べて、起動時に作成されたシークレットページの位置を特定します。
```
root@server:~# dmesg | grep "kvm_amd: Detected secret page"
[  463.851449] kvm_amd: Detected secret page at pfn 171a24
```
ccp、kvm、kvm_and カーネルモジュールをリロードします：
```
root@server:~# rmmod kvm_amd kvm ccp && modprobe kvm_amd
```
LinuxパッチはRMPを混乱させるようで、これによりRMPが再初期化されます。

PoCを実行します。

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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シークレットページには特別なものはなく、このエクスプロイトは通常のページの復号にも使用できます。PoCではシークレットページが使用されています。これは、被害者メモリの復号が成功したことを確認しやすいように、非常に認識しやすいコンテンツを持つからです。

cve-2023-31355-poc

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