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

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.

AM LiveПодписывайтесь на канал "AM Live" в Telegram, чтобы первыми узнавать о главных событиях и предстоящих мероприятиях по информационной безопасности.

Новая атака VMSCAPE: Spectre вернулся и бьёт по AMD Zen и Intel Coffee Lake

Швейцарская высшая техническая школа Цюриха снова напоминает миру, что история с Spectre ещё далека от финала. Исследователи из университета нашли новую уязвимость в процессорах AMD Zen и Intel Coffee Lake, которая позволяет гостевой виртуальной машине красть секреты у гипервизора.

Атака получила название VMSCAPE (CVE-2025-40300). Главное отличие от предыдущих Spectre-подобных приёмов — здесь злоумышленнику не нужны никакие хитрые модификации кода, вроде инъекций. Всё работает в дефолтной конфигурации.

В статье «VMSCAPE: Exposing and Exploiting Incomplete Branch Predictor Isolation in Cloud Environments», которую представят на симпозиуме IEEE по безопасности и конфиденциальности, авторы показали, что атака успешно бьёт по KVM и QEMU.

На практике они сумели считать криптографический ключ для дискового шифрования: скорость утечки составила около 32 байт в секунду на AMD Zen 4, весь процесс занял чуть больше 12 минут.

 

Под удар попали AMD Zen от первого до пятого поколения и Intel Coffee Lake. Исправить это железом не получится, поэтому разработчики ядра Linux внедрили программные меры защиты. Но без потерь не обошлось: в ряде сценариев падение производительности достигает 10%, хотя для Zen 4 замедление почти незаметное — около 1%.

 

VMSCAPE эксплуатирует недостаточное разделение предсказателей переходов между гостем и хостом. В результате происходит утечка из одной среды в другую. Для атаки используется новый приём vBTI — virtualization Branch Target Injection.

Как утверждают в Intel, уже существующие механизмы защиты от Spectre v2 (IBRS, IBPB и другие) помогают закрыть дыру, и вместе с сообществом Linux компания готовит обновления. AMD пообещала выпустить собственные патчи.

В качестве основной меры защиты предложено включение «IBPB before exit to userspace» — обновлённая версия подхода «IBPB-on-VMExit». Насколько это ударит по производительности, зависит от того, как часто виртуалка обращается к пользовательскому пространству: для эмулированных устройств накладные расходы ощутимее, чем для виртуализированных.

В любом случае патч будет активен на всех затронутых системах, включая новые AMD Zen 5 и даже свежие Intel-процессоры, которые напрямую уязвимы не были.

AM LiveПодписывайтесь на канал "AM Live" в Telegram, чтобы первыми узнавать о главных событиях и предстоящих мероприятиях по информационной безопасности.

RSS: Новости на портале Anti-Malware.ru