熔斷 (Meltdown) 和幽靈 (Spectre) 漏洞拉響了流行硬件及固件可利用漏洞的警報。本文即對其中代表重大威脅的那些做個盤點。
"熔斷 (Meltdown) 和幽靈 (Spectre) 漏洞拉響了流行硬件及固件可利用漏洞的警報。本文即對其中代表重大威脅的那些做個盤點。
2018 年 1 月，名為熔斷和幽靈的兩個新型處理器漏洞令整個計算機行業嚴陣以待——這兩個漏洞可使攻擊者跨越操作系統隔離內核和用戶空間內存的基本安全防線。現代 CPU 用以提升性能的預測執行功能是這兩個漏洞誕生的溫床，漏洞緩解需要計算機史上最大型的協同修復工作，需 CPU 製造商、設備製造商和操作系統供應商通力合作。
幽靈和熔斷漏洞顯然不是硬件設計決策導致的第一批漏洞，但其廣泛影響點燃了安全研究界探索此類漏洞的興趣。自此，學術界和私營產業界的很多研究人員開始研究 CPU 及其他硬件的底層操作，不斷髮現越來越多的問題。
有些硬件漏洞不發佈新一代組件就無法完全緩解，有些則可在身為硬件芯片底層編程部件的固件中加以修復。無論哪種情況，修復都沒那麼簡單，所以此類漏洞可在很長時間裡持續影響現實世界中眾多設備。
熔斷漏洞出現之前和之後，安全人員都發現了一些硬件相關漏洞。下面我們就來盤點一下這些應引起注意的硬件漏洞：
幽靈變種 1 – CVE-2017-5753
CVE-2017-5753 又名邊界檢查繞過漏洞，可供攻擊者利用現代 CPU 的分支預測功能，以 CPU 高速緩存為邊信道，從其他進程的內存中抽取信息。利用該漏洞，進程可從另一進程的內存中抽取敏感信息，還能繞過用戶/內核內存權限界限。英特爾、IBM 和一些 ARM CPU 均受此漏洞影響。
幽靈變種 2 – CVE-2017-5715
幽靈變種 2 與變種 1 效果類似，但採用了不用的漏洞利用技術——分支目標註入。更新受影響 CPU 微代碼可有效緩解該幽靈漏洞變種，通過 BIOS/UEFI 更新或在每次重啟時由操作系統更新均可。
熔斷變種 3 – CVE-2017-5754
亦稱流氓數據緩存加載 (RDCL) 或 CPU 預測執行漏洞變種 3，利用的是現代英特爾 CPU 的亂序執行功能。該漏洞可使用戶進程跨越安全邊界讀取受保護的內核內存。只需操作系統更新和實現更嚴格的內核內存隔離即可修復此漏洞。內核內存中通常存有敏感祕密，嚴格隔離可通過 Linux 內核頁表隔離 (KPTI) 等機制實現。
熔斷-GP – CVE-2018-3640
屬於熔斷漏洞變種，亦稱變種 3a，利用系統寄存器預測讀取功能實現信息邊信道洩露。因此，該漏洞變種還有個名字叫流氓系統寄存器讀 (RSRE)。緩解該漏洞需進行微代碼更新。
熔斷-NM – CVE-2018-3665
與熔斷漏洞相關的預測執行漏洞，又名 LazyFP，可用於洩露浮點運算單元 (FPU) 狀態。FPU 是英特爾現代 CPU 中的專用數學協處理器，用於加速浮點數算術運算的。FPU 狀態可能含有密碼運算敏感信息。在操作系統層級將 FPU 上下文切換模式由“lazy”改為“eager”即可緩解該漏洞。
幽靈-NG – CVE-2018-3639
亦稱幽靈變種 4 或預測存儲繞過 (SSB)，可在確知上一內存寫地址之前執行內存讀操作，用於跨進程信息洩露。需更新微代碼及操作系統方可緩解。
幽靈-PHT – CVE-2018-3693
也稱幽靈 1.1，使利用預測存儲引發預測緩衝區溢出的幽靈漏洞變種。能繞過之前某些基於軟件的幽靈漏洞緩解措施，修復該漏洞需更新操作系統。
熔斷-RW
亦稱幽靈 1.2，是利用預測存儲覆蓋只讀數據及代碼指針的變種。該變種與幽靈 1.1 相關，可用於突破軟件沙箱。緩解該漏洞需更新操作系統。
預兆 (Foreshadow) -OS – CVE-2018-3620
又名一級緩存終端故障 (L1 Terminal Fault)，是針對英特爾 CPU 的預測執行攻擊，可從處理器一級數據緩存 (L1) 中抽取信息。虛擬機通常將同一塊實體 CPU 分割成多塊虛擬 CPU，因為這些虛擬 CPU 共享同一塊 L1 高速緩存，該漏洞的影響尤為敏感。攻擊者可利用該漏洞從操作系統或系統管理模式 (SMM) 抽取信息。SMM 是 CPU 獨立於操作系統的一種可選運行模式，旨在為 BIOS/UEFI 或低級原始設備製造商 (OEM) 代碼所用。
預兆-VMM – CVE-2018-3646
影響虛擬機的預兆漏洞變種，可使虛擬機內運行的客戶操作系統讀取其他客戶虛擬機或虛擬機管理器自身的敏感內存。
預兆-SGX – CVE-2018-3615
預兆漏洞變種，可使攻擊者讀取英特爾軟件保護擴展 (SGX) 飛地內存。SGX 英特爾某些型號 CPU 提供的可信執行環境，可供開發者安全存儲數據和執行代碼，即便操作系統自身被黑都不影響其安全性。
熔斷-PK 和 熔斷-BND
2018 年 11 月， 一支學術研究團隊在評估瞬時執行攻擊時，發現了 熔斷-PK（保護密鑰繞過：Protection Key Bypass）和 熔斷-BND（邊界檢查繞過：Bounds Check Bypass），均為熔斷漏洞變種。熔斷-PK 影響英特爾 CPU，熔斷-BND 影響英特爾和 AMD。
幽靈-PHT-CA-OP、幽靈-PHT-CA-IP 和 幽靈-PHT-SA-OP
這三個漏洞是利用 CPU 模式歷史表 (PHT) 的幽靈漏洞變種。由發現 熔斷-PK 和 熔斷-BND 的同一支團隊在同一時間披露。
幽靈-BTB-SA-IP 和 幽靈-BTB-SA-OP
利用分支目標緩衝區 (BTB) 的幽靈攻擊變種。同樣是 2018 年 11 月由發現 熔斷-PK 和 熔斷-BND 的同一支團隊披露。該團隊當時下結論稱：“大多數防禦措施，包括已部署的那些，都無法完全緩解所有攻擊變種。”
輻射 (Fallout) – CVE-2018-12126
亦稱微架構存儲緩衝區數據採樣 (MSBDS)，與熔斷效果類似，都可用於跨越安全邊界從受保護內存區域洩露敏感祕密。屬於新型 CPU 邊信道攻擊，也就是英特爾所謂微架構數據採樣 (MDS) 攻擊的一部分。該漏洞影響操作系統和虛擬機管理器，緩解需更新 CPU 微代碼更新。
RIDL – CVE-2018-12127 和 CVE-2018-12130
另外兩個 MDS 攻擊變種，分別得名微架構加載端口數據採樣 (MLPDS) 和微架構填充緩衝區數據採樣 (MFBDS)。與輻射類似，緩解也需更新 CPU 微代碼。
殭屍負載 (Zombieload) – CVE-2019-11091
MDS 攻擊第四個變種，亦稱微架構數據採樣不可緩存內存 (MDSUM)。類似輻射與RIDL，該漏洞可用於洩露內核或虛擬機管理器敏感內存。
行錘擊 (Rowhammer)
行錘擊是一種具安全影響的物理效應：SDRAM 芯片中，同一行內存存儲單元在短時間內被連續讀取很多次時（這種行為名為“錘擊 (hammering) ”），該行內存單元中的電荷會洩露到相鄰的行，改變這些相鄰行中存儲單元的值。這種現象被稱為比特位翻轉，可能是因為現代 SDRAM 芯片存儲單元密度增加造成的，尤其是 DDR3 和 DDR4。
儘管行錘擊效應早已為人所知，谷歌零日計劃 (Project Zero) 團隊成員仍是首先證明該效應具有安全影響的安全人員。他們在 2015 年 3 月 披露了基於該效應的兩個提權漏洞利用程序。
Rowhammer.js
Rowhammer.js 是通過 JavaScript 執行的行錘擊攻擊，證明該漏洞可通過瀏覽器遠程利用，受害者只需訪問惡意網頁即中招。瀏覽器供應商已添加了針對該漏洞利用的緩解措施。
Drammer – CVE-2016-6728
Drammer 是 2016 年披露的行錘擊型漏洞利用，針對安卓設備。Drammer 披露之前，所有人都認為移動設備內存芯片是不受行錘擊攻擊影響的。
風水翻轉 (Flip Feng Shui)
風水翻轉是針對虛擬機的行錘擊攻擊。惡意客戶虛擬機可翻轉物理內存中的比特位，以受控方式影響另一臺虛擬機。研究人員通過破解目標虛擬機上 OpenSSH 公鑰身份驗證演示了該漏洞利用攻擊方法。
ECCploit
ECCploit 證明了行錘擊類攻擊甚至對擁有錯誤檢查與糾正 (ECC) 功能的 SDRAM 芯片也有效。帶 ECC 功能的內存通常用在服務器中，一直以來都被認為是對行錘擊攻擊免疫的。
Throwhammer
可經由網絡遠程利用的行錘擊類攻擊，服務器所用快速網卡提供的遠程直接內存訪問 (RDMA) 功能是該攻擊的利用點。
RAMBleed
RAMBleed 率先證明了可利用行錘擊效應盜取內存單元中的數據，而不僅僅是修改之。之前的行錘擊攻擊通過比特位翻轉破壞內存完整性，觸發提權和其他攻擊條件。同時，RAMBleed 還利用行錘擊和邊信道推斷相鄰內存單元信息，並最終從中抽取數據。從這個角度上看，該攻擊的效果類似熔斷和幽靈。
BlueBorne
2017 年曝出的一組藍牙漏洞，影響 Linux、安卓、Windows 和 macOS 藍牙技術棧實現。據估計約有超過 50 億臺設備受此漏洞影響。計算機上的漏洞可以通過操作系統更新加以修復，緩解操作相對簡單；但啟用藍牙的智能手錶、電視、醫療設備、車載資訊娛樂系統、可穿戴設備及其他物聯網設備就需要固件更新才能修復此漏洞了。研究人員估計，在漏洞曝光一年之後的 2018 年裡，仍有超過 20 億臺設備仍未修復。
KRACK
KRACK 又稱密鑰重裝攻擊 (Key Reinstallation Attack)，於 2016 年披露，利用的是保護當今無線網絡的 WPA2 無線安全標準缺陷。由於缺陷存在於標準本身，家用路由器及其他物聯網設備的 WPA2 實現均受影響。修復該漏洞需更新固件，因此很多缺乏固件更新支持的設備至今仍面臨被利用風險。
BadUSB
2014 年演示的攻擊，可重編程 U 盤微控制器，假冒鍵盤等其他類型的設備，控制計算機或滲漏數據。時至今日，很多 U 盤仍舊受影響。
雷擊 (Thunderstrike) 和 雷擊 2
利用蘋果 Macbook 固件漏洞的兩個攻擊，可在惡意設備接入雷電 (Thunderbolt) 接口時安裝固件 rootkit。[雷擊 2 ](https://trmm.net/Thunderstrike2_details)還能感染新插入的雷電設備，形成類似蠕蟲的自傳播效應。
雷聲 (Thunderclap)
今年披露的又一個雷電接口攻擊，可在裝有雷電接口的計算機上執行特權代碼。
銅匠的回擊 (ROCA)
銅匠的回擊 (ROCA) 針對英飛凌技術公司生產的可信平臺模塊 (TPM) 和安全元素 (SE)。幾千萬臺商用計算機、服務器、硬件身份驗證令牌和各種類型的智能卡都在用 TPM 和 SE，連居民身份證都在用。利用該漏洞，攻擊者就能更容易地因式分解這些部件生成的 RSA 密鑰，恢復出用戶所用密鑰。研究人員評估，恢復此類設備產生的單個 2048 位 RSA 密鑰大概要花費 2 萬美元，1024 位 RSA 密鑰僅需 40 美元。
英特爾管理引擎
英特爾管理引擎 (ME) 是很多英特爾 CPU 中的專用協處理器及子系統，用於帶外管理任務。英特爾 ME 自身輕量級操作系統完全獨立於用戶操作系統，所以常被安全界人士認為是個後門。多年來英特爾 ME 嚴重漏洞曝光不斷，且修復漏洞需安裝計算機制造商發佈的固件更新。也就是說，很多已超出支持期限的老舊系統是接收不到此類更新的。
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