HITCON FreeTalk 2018 暢談 CPU 處理器的歷史包袱 共同筆記
主辦單位:社團法人台灣駭客協會(HITCON)https://hitcon.kktix.cc/events/hitconfreetalk20180119 https://www.facebook.com/HITCON/
1 2 3 4 5 6 7 8 9 議程表: 12：50 - 13：20 報到 13：20 - 13：30 開場 13：30 - 14：00 Spectre & Meltdown 漏洞原理說明與 POC 剖析（講師：Bletchley） 14：00 - 14：30 從晶片設計角度看硬體安全（講師：中原大學 黃世旭教授） 14：30 - 15：00 下午茶交流 15：00 - 15：30 Spectre & Meltdown 漏洞的修補策略與 risk mitigation（講師：gasgas） 15：30 - 16：00 詭譎多變威脅下的資安應變與治理（講師：林宏嘉協理） 16：00 - 17：00 Panel Discussion
歡迎大家針對這次的議題作共筆！
Overview of Meltdown and Spectre
Threat: adversary who can execute low privilege code can read unpermitted memory region
Impact:
Meltdown: Most Intel Processors
Spectre: Intel, AMD, ARM processors
Reason:
INconsistent between processor architecture and microarchitecture(cache)
Lack of permission checking when CPU optimization
Website: meltdownattack.com
Execute low privilege code can read unpermitted memory region
Google 研究團隊發布漏洞的網站 - https://meltdownattack.com
CPU Architecture 中，frontend 是作 fetch and decode 的部分，接著才交給 backend 去做 execution，其中 code (record) buffer 也在這邊
out-of-order execution 有時候處理器為了加速，會偷跑排在後面的指令，例如後面指令可能是一個加法指令，而且已經在 register 中，就可能會被選為偷跑項目
但有時候偷跑會發生出錯，一旦出錯，有可能被處理器丟棄，不會 commit 到 CPU 的輸出結果中(memory write)
speculative execution 這個是 branch instruction 的一種執行方法，會去猜測 condition instrcution 的成立與否，如果猜對了，就會 commit 到 CPU 的 memory
偷跑動作的時候，會去存取記憶體，subsytem cache 不知道是偷跑的，所以還是會把獨進來的資料做處理，這就是漏洞
Flush + Reload Attack 1 var = array[ secret* cache_line_size ]
256 accesses time helps discover one byte data ()
CVEs
CVE-2017-5753
CVE-2017-5715
CVE-2017-5754
Inside the CPU
Frontend
Execution Engine
Reorder Buffer
Execution Unit
漏洞的緣由
CPU 偷跑後面順序可以先執行的指令
若發現偷跑的指令不合
不commit偷跑資料回cpu
但Cpu cache 仍留存資料
可是於memory與cpu中無法觀察之
可利用預執行cache資料
attack-meltdown
Attack想法
設一array
若讀取過的array[x]會存於cache
cache資料的讀取時間<memory讀取時間
統計時間即可洩漏曾讀取過的值
256 accesse can discover a Byte.
Meldown Attack Steps
Cpu預先執行超出權限的資料
即使資料永遠不會被程式讀取
仍然有機會預先儲存於cache中
attack-spectre
Attack想法
No cache:array1_size,array21 2 if (x<array1_size ) y = array2[array1[x]*256 ];
if後執行較慢
連續數執行後
Cpu預先執行第二行
帶入不進入的if x
會預先執行而得到y值存於cache
spectre Attack Steps
文獻連結 Meltdown Proof-of-Concept Spectre POC main differences between Meltdown and Spectre
筆者按
Branch predCiition兩種變形
out-of-order execution = 預測下一個要執行的程序並預處理
speculative execution = 在分支時預測下個要執行的分之進行預處理
討論
array = [ secret * cache_line_size]
[name=CK] 雖然漏洞被區分為兩種，他們概念都以out-of-order execution為核心。可以把Spectre看成Meltdown的擴充，比較大的差異是Spectre加入branch prediction做攻擊。
[name=Ethen] 之前我看到Meltdown的特點不只是讀取數據，還可以打破隔離(寫入)，沒介紹到…
[name=Austin]Guset攻擊Host的部份是屬於Spectre-Variant2的範疇，它其實是利用從Guest program去推敲kvm.ko, vmlinux的記憶體位置，在將資料流至user space。雖然Guset跟Host看起來是分離的，其實有很多共用的特性，可以這樣去推敲記憶體位置
[name=Austin]我的理解沒錯的話，Spectre跟Meltdown的差異在於後者使用了Out of order execution，兩者都有使用speculative execution(branch prediction)，另外講者沒有提到的是到底如何取得secret的資料，根據POC code給的secret = “The Magic Words are Squeamish Ossifrage.”; ) array1 );
[name=Ethen] 站在攻擊者的立場，Meltdown對我來說會是一個不錯的攻擊輔助資訊，我可以拿到核心記憶體中的帳號密碼或知道有開啟什麼服務輔助我攻擊，但這僅限於當下的作業系統，如果能夠寫入或直接提權那會好用的多
二、從晶片設計角度看硬體安全（講師：中原大學 黃世旭教授） 邏輯化簡漏洞
進行邏輯化簡時
Don’t care的部分可能會產生非預期的值
或Dont’ care的輸入會輸出=預期的答案
out of order executed 將無前後關係的排成同時運作
branch executed
meltdown & spectre 探討 * 同上
設計硬體安全的困難
結語
現代CPU設計由於Multithread & Multicore的因素CPU執行指令運算之前需要peak一下CPU的狀態與看預算時需求的Memory是否會產生lock，這個過程會在CPU的底層做(注意到這裡OS已無法管理，指令並須被執行除非CPU drop這個指令，CPU drop會通知回OS)
利用這個方法去看CPU Handle的記憶體區段Peak其他區域的記憶體位置(OS無法阻擋)，或者CPU上的Memory管理機制重新回Initial state
在邏輯電路裡設計狀態機(FSM)時傳統訓練方法有don’t care condition可能會造成電路運行時產生你所不期望的狀態循環，例如重回initial state，所以設計時不太應該使用don’t care(雖然可以節省電路成本與最邏輯複雜度最佳化)，但為了安全性，應當把所有組合列出，額外去處理不期望的例外。
PUF -> physical unclonable functionSome basic description about PUF
電路最佳化問題
Intel identified the vulnerabilities as:
CVE-2017-5705 – Multiple buffer overflows in kernel in Intel ME Firmware allowing an attacker with local access to the system to execute arbitrary code.
CVE-2017-5708 – Multiple privilege escalations in kernel in Intel ME Firmware allowing unauthorized processes to access privileged content via unspecified vector.
CVE-2017-5711 & CVE-2017-5712 – Multiple buffer overflows in Active Management Technology (AMT) in ME Firmware allowing attacker with local access to the system to execute arbitrary code with AMT execution privilege.
CVE-2017-5706 – Multiple buffer overflows in kernel in Intel SPS Firmware 4.0 allow attacker with local access to the system to execute arbitrary code.
CVE-2017-5709 -Multiple privilege escalations in kernel in Intel SPS Firmware 4.0 allows unauthorized process to access privileged content via unspecified vector.
CVE-2017-5707 – Multiple buffer overflows in kernel in Intel TXE Firmware 3.0 allow attacker with local access to the system to execute arbitrary code.
CVE-2017-5710 – Multiple privilege escalations in kernel in Intel TXE Firmware 3.0 allows unauthorized process to access privileged content via unspecified vector.
原文:https://meltdownattack.com/meltdown.pdf
三、Spectre & Meltdown 漏洞的修補策略與 risk mitigation（講師：gasgas） 前言
你認為得資訊安全？
降低風險，而不可能100%修補
Risk = Vulnerable X Threat X Asset
風險 ＝ 資安漏洞 Ｘ 駭客進不進得來 Ｘ 資產價值
該怎麼做？
漏洞因應流程：
資訊盤點 ➡️ 漏動檢查 ➡️ 測試機測試 ➡️
漏洞檢查：
Unix：GitHub大大提供
Windows：微軟大大提供新的PowerShell你可以檢查是 否已更新
Mac：Apple官網提供
瀏覽器運行：javascript等程式
漏洞修補：
CPU Level修補：Firmware Update
程式千萬別看錯執行錯，變磚機率爆高！
目前還不是 CPU Microcode 修補的好時機，可能都只是暫時修補，後續的修補應該會比較全面也比較安全。
Bios Level修補：notebook機器為主的修補方式
修補會是個比較好的選擇 (其中也包含 CPU Microcode)，變磚機率低一點點。
[name=Wisely] BIOS Update 目前只能修補其中一個 Spectre 的弱點
Amazon (AWS)/(VMware) 已修補完畢
OS Level修補：見官網
Application Level修補：
程式重新編譯* 未重新 comliler 的程式還是有機會有風險
Google Retpoline：GCC，LLVM版本
Visual Studio 2017 version 15.5 /Qsperctre
安全最大風險Brower： 使用javascript打包poc放在網路上,瀏覽器看了,記憶體的資料就被偷了提醒
修補一定要從官方下載
前漏洞衍伸 ➡️ skyfall and solace：不好修
討論
[name=Ethen] 不對啊，目前的弱點需要讀取變數/建立陣列/評估cache速度，這些在JS / Java翻譯成實際執行在CPU上的native code不太可能還包在同一個分支中，他是怎麼有辦法說這樣是可以攻擊的？有成功案例嗎？
[name=Austin]如果JS注入的code(browser->OS->CPU)是在同一個process或可控制的process就可以互相做存取，簡單的範例影片在這：https://www.youtube.com/watch?v=RbHbFkh6eeE
[name=Ethen] 這個影片看起來是在本機端執行原生程式，來撈取另一個程式的記憶體內容，好像不是JS / Java?
..
四、詭譎多變威脅下的資安應變與治理（講師：林宏嘉協理） 概念 & 觀念
對應新的威脅與正確的認知
can’t stop all attack
Human Experience and Behaviors
Detect in mobile
Attacker Decision Cycle:
Observe
Orient
Decide
Act
加速決策 & 擺脫困境
Maximize Visibility(
reduce manual step(and error)
Maximize human impact
使用者影響
簡報節錄
Panel 問題（歡迎大家先來填寫） 1.面對 zero day attack，如何偵查與預防https://hothardware.com/news/intel-8th-gen-core-cpus-10-slowdown-javascript-spectre-meltdown-patches 第八代正在賣，第九代再測試，第十代正在做，可能等到第十一代才沒有
4.依據 ITHOME 的訊息(https://www.ithome.com.tw/news/120312)， 目前透過OS更新的方式為針對 meltdown 的弱點修補，請問關於 Spectre 漏洞是否有 OS 或是 firmware 的修補連結嗎?https://support.microsoft.com/en-us/help/4072698/windows-server-guidance-to-protect-against-the-speculative-execution 請問其中的 To enable the fix 部分所提到的機碼是否為安裝了微軟的 Patch，且新增這三個機碼就可修補 CVE-2017-5715、CVE-2017-5753和CVE-2017-5754 三個漏洞嗎?還是除了進行以上步驟後，仍需更新Server硬體製造商給的 BIOS 才能阻擋攻擊呢?(微軟官方建議還是要更新硬體BIOS才能完整修補漏洞，但如果只上OS Patch 就能有效防禦的話，是否就可以不用急著更新BIOS了)
