AMD CPUのスケジューラキューを悪用したリモートからの攻撃手法の調査

Core Concepts

AMD Zen 3およびZen 4 CPUのすべてのスケジューラキューが情報漏洩に利用可能であり、キーストロークタイミングの検出や高速なコバートチャネルの構築が可能であることを示した。

Abstract

本論文では、AMD Zen 3およびZen 4 CPUのスケジューラキューに関する以下の知見を示した:

全てのスケジューラキューが情報漏洩に利用可能であることを系統的に分析した。Zen 3では既知の整数乗算スケジューラ以外にも、整数ALUスケジューラ2と3、FPUスケジューラの利用方法を明らかにした。Zen 4では命令セットが大幅に変更されており、一部の命令が複数のスケジューラを使用するなど、Zen 3とは異なる動作を示すことを発見した。

スケジューラキューの正確な容量を測定するため、タイミング情報を必要としない新しい手法「bingo race」を提案した。この手法により、従来の手法よりも正確にスケジューラキューの容量を特定できることを示した。

全ての整数スケジューラキューを利用して、ユーザ入力のキーストロークタイミングを検出できることを実証した。F1スコアが99.5%以上、正しく検出したキーストロークの標準偏差が4ms以下と、非常に高い精度を達成した。

Firefoxのブラウザ上でJavaScriptから、クロスオリジンポリシーやサイトの分離を回避しつつ、940.7 bit/sの高速なコバートチャネルを構築できることを示した。

以上の結果から、AMD CPUのスケジューラキューを悪用した攻撃手法は、より広範囲に及ぶ深刻な脅威となることが明らかになった。

Stats

AMD Zen 3 CPUのスケジューラ1のキャパシティは24エントリ
AMD Zen 4 CPUのスケジューラ1のキャパシティは24エントリ

Quotes

なし

Key Insights Distilled From

Remote Scheduler Contention Attacks

by Stefan Gast,... at arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.07042.pdf

Deeper Inquiries

AMD以外のCPUアーキテクチャでも同様の脆弱性が存在するか?

この論文では、AMDのZen 3およびZen 4アーキテクチャにおけるスケジューラキューの情報漏洩に焦点が当てられています。他のCPUアーキテクチャにおいても同様の脆弱性が存在する可能性があります。スケジューラキューの情報漏洩は、CPUのマイクロアーキテクチャに関連する問題であり、他のCPUベンダーの製品でも同様の問題が発生する可能性があります。したがって、他のCPUアーキテクチャにおいても同様の脆弱性が存在する可能性が考えられます。

ユーザ入力以外にも、スケジューラキューの情報漏洩を悪用できる攻撃対象はあるか?

スケジューラキューの情報漏洩は、ユーザ入力に関連する情報だけでなく、他の機密情報やシステムの動作に関する情報も漏洩させる可能性があります。例えば、暗号キー、認証情報、機密データなどの情報がスケジューラキューを介して漏洩されると、セキュリティ上の深刻なリスクが生じます。さらに、システムの動作に関する情報が漏洩されると、攻撃者がシステムの状態や動作を理解し、悪用する可能性があります。したがって、スケジューラキューの情報漏洩は、ユーザ入力以外にも様々な攻撃対象に影響を与える可能性があります。

スケジューラキューの情報漏洩を防ぐ根本的な解決策はあるか?

スケジューラキューの情報漏洩を完全に防ぐためには、マイクロアーキテクチャレベルでの設計変更やセキュリティ対策が必要です。根本的な解決策としては、以下のようなアプローチが考えられます。

ハードウェアレベルの対策: CPUの設計段階で、スケジューラキューの情報漏洩を防ぐための適切なセキュリティ機能を組み込むことが重要です。例えば、情報漏洩を引き起こすマイクロアーキテクチャの脆弱性を修正し、セキュリティを向上させることが考えられます。

ソフトウェアレベルの対策: ソフトウェア開発者やシステム管理者が、セキュリティ意識を高め、適切なセキュリティ対策を実施することが重要です。例えば、セキュリティツールやプロセスを導入し、スケジューラキューの情報漏洩を監視および防止することが有効です。

セキュリティ意識の向上: ユーザや組織全体に対して、スケジューラキューの情報漏洩に関するリスクや対策について教育し、セキュリティ意識を高めることが重要です。定期的なセキュリティトレーニングや情報漏洩対策の啓発活動を通じて、セキュリティ意識を向上させることが必要です。