ZeRO и No-FAT: аппаратная защита памяти без потери производительности

ZeRO и No-FAT: аппаратная защита памяти без потери производительности

Исследователи из Колумбийского университета предложили два новаторских способа обеспечения безопасности по памяти аппаратными средствами. Оба метода можно реализовать, слегка изменив микроархитектуру. Тестирование показало, что при подходе No-FAT снижение производительности незначительно — около 8%; в случае ZeRØ потери равны нулю.

Безопасность доступа к памяти — давняя проблема, о которой каждый раз вспоминают при появлении серьезных угроз. За сорок лет было предложено множество различных решений, но они либо плохо работали, либо требовали жертв. Меры противодействия эксплойту Spectre и Meltdown, например, повлекли падение производительности — в среднем на 20%, в отдельных случаях в два раза. Кроме того, с появлением новых угроз используемая защита может потерять свою эффективность, и специалистам придется искать альтернативные решения.

Согласно описанию ZeRØ (PDF), этот механизм позволяет обеспечить защиту кода и указателей системы, притом без поражения в производительности. Его реализация предполагает замену инструкций обращения к памяти и схемы кодирования метаданных — по словам авторов проекта, эти изменения можно привнести в современные процессоры без особого труда. Университетские исследователи предлагают использовать ZeRØ в дополнение к средствам противодействия атакам на память.

 

Техника No-FAT (PDF) была разработана с прицелом на снижение потребления ресурсов при проверках безопасности по памяти. С этой целью авторы исследования предложили использовать группировку распределителей памяти (memory allocator binning) — набрающий популярность метод, который позволяет ускорить вычисление начального адреса и размера участка памяти, выделенного под указатель, притом выполнять это во время доступа к данным.

Применение No-FAT, по словам разработчиков, снимает многие проблемы, свойственные традиционным подходам, — такие как совместимость с незащищенным софтом и заметное падение производительности. Прогон тестов SPEC CPU2017 показал, что при новом способе защиты памяти быстродействие снижается примерно на 8%.

Среди прочих достоинств создатели No-FAT особо отметили надежную защиту от некоторых видов Spectre-атак. Их метод также позволяет значительно ускорить фаззинг при поиске уязвимостей, автоматическую очистку памяти, улучшить предсказуемость предвыборки данных и работы контроллеров DRAM.

 

Финансирование проектов ZeRØ и No-FAT частично осуществлялось за счет грантов, полученных от ВМС и ВВС США, а также целевой дотации Qualcomm. Спецподразделение ВВС уже работает над созданием чипов с новой встроенной защитой.

Anti-Malware Яндекс ДзенПодписывайтесь на канал "Anti-Malware" в Telegram, чтобы первыми узнавать о новостях и наших эксклюзивных материалах по информационной безопасности.

Новый способ перепрограммирования NES Tetris, не выходя из игры

Специалисты обнаружили новый метод перепрограммирования NES Tetris, который может помочь любителям набирать очки избежать сбоев в игре.

Ранее в этом году стало известно, что один из игроков классического «Тетриса» впервые нажал на «kill screen» игры, активировав «аварийный режим» после невероятного 40-минутного прохождения 1 511 строк.

«Экран убийства» — это уровень в компьютерной игре, который удерживает игрока от продолжения игры из-за ошибки в реализации. Вместо того, чтобы завершаться нормально, игра заикается, сбрасывается или вызывает другие ошибки, препятствующие ей.

Некоторые игроки используют этот «экран убийства» и ряд сложных манипуляций с памятью, чтобы закодировать новое поведение в версиях NES Tetris, работающих на немодифицированном оборудовании и картриджах.

Ещё с 2021 года было известно о базовом методе внедрения внешнего кода в NES Tetris, когда игроки исследовали декомпилированный код игры.

Совсем недавно Displaced Gamers выложили видео, где подробно рассказывается, как перепрограммировать «Тетрис», играя в него, с помощью кодирования в таблице высоких результатов.

 

Сбой в NES Tetris происходит, когда обработчик очков в игре слишком долго подсчитывает баллы между кадрами, что может произойти после 155-го уровня. При данной задержке часть управляющего кода прерывается процедурой записи нового кадра, что заставляет его переходить в непредусмотренную часть оперативной памяти игры в поисках следующей инструкции.

Зачастую именно это неожиданное прерывание является причиной перескакивания кода в самую глубь оперативной памяти, где «мусорные» данные считываются как код, что приводит к ошибке в игре.

Именно этим «прыжком» игроки научились управлять с помощью того, как Tetris обрабатывает потенциальные вводы при запуске на японской версии консоли Famicom.

Японская Famicom оснащается двумя контроллерами, подключаемыми к устройству, в отличие от американской Nintendo Entertainment System (NES). Через порт расширения на передней панели системы игроки могут подключить контроллеры сторонних производителей.

Код игры Tetris считывает входные данные с этого «дополнительного» порта контроллера, к которому можно подключить два дополнительных стандартных контроллера NES с помощью адаптера.

Оказывается, что область оперативной памяти, которую Tetris использует для обработки дополнительного входа контроллера, также применяется для расположения в памяти той процедуры перехода кода, описанной ранее.

Таким образом, когда эта процедура перехода будет прервана в результате сбоя, в этой оперативной памяти будут храниться данные, представляющие кнопки, нажимаемые на контроллерах. Это дает игрокам потенциальный способ контролировать, куда именно отправится игровой код после сбоя.

Интересно, что код перехода отправляется в область оперативной памяти, в которой хранятся имена и оценки для списка высоких результатов игры, что предоставляет еще большую поверхность оперативной памяти, которой может манипулировать непосредственно игрок.

Если поставить «(G» в целевую часть таблицы высоких результатов B-Type, то можно заставить игру перейти в другую область таблицы высоких результатов, где она начнет последовательно считывать имена «голым металлическим» кодом, где буквы и цифры представляют собой операционные коды для процессора NES.

В области ввода имени могут быть использованы лишь 43 возможных символа и 10 различных цифр, которые могут быть частью высокого балла. Это означает, что только небольшая часть доступных инструкций опкода NES может быть «закодирована» в таблицу высоких результатов, используя доступную поверхность атаки.

Displaced Gamers удалось написать короткий фрагмент кода, который можно перевести в данные таблицы высоких результатов. Эта простая процедура ставит два нуля в верхних цифрах счета игры, уменьшая время обработки счета, которое в противном случае привело бы к сбою.

Из-за отсутствия системы сохранения, работающей от аккумулятора, все эти высокие баллы придется набирать хакерам каждый раз, когда они будут включать Tetris на стартовой NES.

Ограниченное пространство в таблице высоких результатов также не оставляет места для прямого кодирования сложных программ поверх реального кода Tetris.

Anti-Malware Яндекс ДзенПодписывайтесь на канал "Anti-Malware" в Telegram, чтобы первыми узнавать о новостях и наших эксклюзивных материалах по информационной безопасности.

RSS: Новости на портале Anti-Malware.ru