英特爾處理器 ZombieLoad 漏洞是什么？對 TEE 安全性會產生什么影響？_MBI:LOA

美國時間5月14日，安全研究人員在英特爾芯片中發現了一種新的漏洞，如果利用這種漏洞，可以直接從處理器中竊取敏感信息，詳情可見鏈聞先前收錄的文章《Intel再曝僵尸負載漏洞：直接獲取密碼、2011年后電腦都受影響》。英特爾公司和多方研究人員表示，該漏洞暫無影響，無需恐慌。

但是，這種名為「ZombieLoad」的漏洞究竟是什么？這種漏洞是否會對基于IntelSGX的可信執行環境系統產生影響？要知道，越來越多的區塊鏈項目正在嘗試利用基于TEE的技術來實現數據隱私保護。

為了回答該問題，鏈聞邀請了提供Layer-2隱私計算方案的TEEX團隊成員撰文，一文說明該漏洞本質，以及可能產生的影響。

撰文：TEEX團隊

什么是ZombieLoad？

ZombieLoad是由包括Intel、格拉茨技術大學、伍斯特理工學院、魯汶大學在內的多家機構發現的一種新型處理器硬件漏洞。該漏洞目前僅在Intel的處理器中被發現。漏洞于美國時間5月14日披露，同時Intel也發布了針對該漏洞的修復補丁，包括微軟、蘋果、谷歌、亞馬遜在內的各家公司，都已經對他們提供的操作系統或云服務進行漏洞修復。

HIVE Blockchain將購買英特爾芯片以整合到其挖礦設備中:3月7日消息，加拿大礦商HIVE Blockchain宣布與英特爾公司簽訂供應協議，購買英特爾新的高性能ASIC芯片，這些芯片將被整合到為HIVE定制的的挖礦設備中。此外，HIVE Blockchain宣布，已與Compute North簽訂了一份意向書，將在其新的德克薩斯可再生能源數據中心設施中托管 100 兆瓦的挖礦算力。該設施將是HIVE Blockchain在美國的第一個挖礦作業。[2022/3/7 13:42:10]

ZombieLoad能做什么？

一句話來說，ZombieLoad能夠竊取到攻擊發生時受害者正在訪問的內存內容。需要注意的是，ZombieLoad并不能讀取攻擊者指定的某個特定內存。其能夠讀取到的內容完全取決于當前被害者訪問了哪些內存。這些內存可能是某些不重要的數據，又或者是程序代碼，攻擊者不能直接對讀到的內容進行區分。

英特爾SGX處理器存在漏洞，可使加密密鑰等信息被竊取:3月10日，計算機研究員Daniel Gruss于英特爾SGX處理器中發現了一個漏洞，該漏洞允許從計算機內存中竊取密碼、加密密鑰和其他敏感數據。（Cointelegraph）[2020/3/11]

ZombieLoad的攻擊能力有多強？

在漏洞發現者的論文中，ZombieLoad漏洞被定義為一種數據采樣的方法。每次攻擊能夠從目標程序中采樣獲得1byte的內容。之后需要通過各種手段從采樣數據中過濾無效數據、程序代碼等，從而獲得部分零散的目標數據。這些數據經過進一步處理分析才能夠得到完整目標數據。因此在實際攻擊過程中，攻擊者需要對目標程序運行時的所有狀態擁有深入、完整的了解，同時需配合如side-channel在內的多種其他攻擊手段。

ZombieLoad能夠繞開進程間隔離機制，虛擬機間隔離機制以及特權級別隔離機制，竊取目標程序正在訪問的數據。

Nippon Express宣布與英特爾子公司合作 利用區塊鏈建立可追蹤物流:日本Nippon Express公司將與埃森哲和英特爾在日本的子公司合作，利用區塊鏈建立一個可以實時跟蹤的環境，以防止假冒藥品流入運輸網絡。（jp.cointelegraph）[2020/3/9]

我們將ZombieLoad與「熔斷」漏洞進行比較。「熔斷」是近年來最廣為人知的處理器漏洞之一，其能夠讓攻擊者在無任何特權的情況下，直接讀取任意指定的操作系統內存；而ZombieLoad只能作為一種數據采樣方法，攻擊者需要深入了解被攻擊算法、實現方式等，同時結合大量現有攻擊手段，才有可能進行數據竊取。因此，ZombieLoad的攻擊難度遠高于熔斷漏洞；同時Intel也已經發布了修復補丁，因此對實際系統的安全影響較為有限。

ZombieLoad的基本原理是什么？

動態 | 英特爾SGX被突破 部分區塊鏈項目受影響:根據coindesk報道，英特爾芯片SGX部分被發現致命漏洞，研究人員找到一種辦法可以突破保護從而篡改數據。而一些數字貨幣項目已經有意使用該硬件來進行安全防護。不過好消息是研究人員在發現后通知了英特爾，而英特爾已經找到一種解決方案，但升級并未全部完成。比特幣的核心維護者Wladimir van der Laan回應說:“即使比特幣在某種程度上是完美的，但將比特幣的安全性根植于芯片供應商某項技術中也絕不是個好主意。”[2018/8/16]

在CPU內部，存在著諸多存儲單元，也就是大家知道的CPU緩存。這些緩存之間會通過一些緩存通信通道連接。同時在CPU內的最末級緩存也通過緩存通信通道與CPU外部的內存連接。該通道每次能夠傳遞64bytes的數據塊，通道中也會緩存有近幾次傳遞的數據塊。每個CPU核心中都有自己獨立的緩存通信通道。此次ZombieLoad漏洞就是從這些通信通道中竊取數據。

英特爾申請區塊鏈汽車系統專利:英特爾日前公布正在為一項系統申請專利，該系統可以使汽車將數據傳輸到第三方并保護汽車所有者的隱私。該系統的實現部分運用了區塊鏈技術，私鑰加密以及零知識驗證。[2018/3/30]

在CPU運行的過程中，經常會發生一些異常或者錯誤。此時CPU會將當前正在執行的指令標記為無效，并進行異常處理。對于這些無效指令，CPU仍然會允許其繼續執行，但是會在執行完成之后對其運算結果進行回滾。

在上述過程中，如果無效指令包含一條內存讀取指令，那么它將能夠從CPU內部的緩存通信通道中讀取到殘留的數據塊，即使其沒有相應的訪問權限。之后，攻擊者能夠利用和「熔斷」漏洞相同的側信道技術，獲取該數據內容。由于CPU會快速回滾這些無效指令，每次能夠竊取的數據量非常有限。漏洞發現者在論文中提到，每次攻擊僅能夠從64bytes的數據塊中竊取1byte的數據。

由于每個CPU核心擁有自己的緩存通信通道，因此攻擊者必須和受害程序運行在同一個CPU核心當中。對于啟用了超線程技術的CPU，攻擊者可以運行在和受害程序相同CPU核心的不同CPU線程當中。

利用ZombieLoad的攻擊有什么限制？

ZombieLoad的攻擊窗口很小。ZombieLoad在攻擊時只能夠讀取目標程序正在使用的數據。攻擊者必須深入了解目標程序的算法、實現等，并且精確判斷目標數據在何時被使用，從而對其進行攻擊。

ZombieLoad要求攻擊者和受害程序同時運行在同一CPU核心上，從而能夠通過CPU核心中的緩存通信通道竊取數據。

ZombieLoad無法直接獲取目標數據。ZombieLoad只能夠以每次一個byte的速率對目標程序進行數據采樣。并且沒有辦法對采樣得到的數據進行區分。因此其需要配合諸如side-channel在內的各種攻擊一同使用。

在通過采樣數據逆向真實數據的過程中，往往需要對目標程序算法、實現方式等擁有非常深入的了解。基于ZombieLoad的攻擊難以對不開源，或者經過代碼混淆的二進制程序使用。

目前Intel已經提供了ZombieLoad攻擊的修復補丁，并且已經聯合各大操作系統提供方，云服務提供方進行了漏洞修復。攻擊無法在進行過修復的系統中實現。

ZombieLoad對基于IntelSGX的TEE系統有什么影響？

SGX是目前飽受關注的一項硬件安全技術，其提供了多個稱為enclave的安全執行環境。漏洞發現者在論文中提到：如果希望利用ZombieLoad對SGXenclave進行數據采樣，唯一的方法是將攻擊者的程序和目標enclave同時運行在一個CPU核心的兩個不同線程上。

然而，目前Intel官方要求：為了安全使用SGX技術，必須關閉超線程；同時Intel提供了驗證enclave所運行宿主機是否關閉超線程的方法。因此，在實現遠程驗證的前提下，ZombieLoad并不會影響到基于IntelSGX的TEE系統的安全性。

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