[論文レビュー] Reverse Engineering Intel DRAM Addressing and Exploitation

Peter Pessl, Daniel Gruss+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2015

Security and Verification in Computing参考文献 22被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、特権アクセスなしでIntel DRAMアドレッシング関数を逆引きする新しいタイミングベースのリバースエンジニアリング手法を提示する。この手法により、DRAM内のロウ競合を介したサイドチャネルおよびコベットチャネル攻撃が可能となり、1.5 Mb/sのコベットチャネルを実現し、Rowhammer攻撃の探索空間を最大16,384倍まで縮小する。この手法は複数のCPUにまたがるDRAMレイアウトを活用する。

ABSTRACT

In this paper, we present a method to reverse engineer DRAM addressing functions based on a physical bus probing. Second, we present an automatic and generic method to reverse engineer DRAM addressing functions merely from performing a timing attack. This timing attack can be performed on any system without privileges and even in virtual machines to derive information about the mapping to physical DRAM channels, ranks and banks. We reversed the complex adressing functions on a diverse set of Intel processors and DRAM configurations. Our work enables side-channel attacks and covert channels based on inner-bank row conflicts and overlaps. Thus, our attack does not exploit the CPU as a shared resource, but only the DRAM that might even be shared across multiple CPUs. We demonstrate the power of such attacks by implementing a high speed covert channel that achieves transmission rates of up to 1.5 Mb/s, which is three orders of magnitude faster than current covert channels on main memory. Finally, we show how our results can be used to increase the efficiency of the Rowhammer attack significantly by reducing the search space by a factor of up to 16384.

研究の動機と目的

• 特権アクセスなしで、タイミングサイドチャネル情報のみを用いてIntelプロセッサ上のDRAMアドレッシング関数を逆引きすること。
• DRAM内のインナーバンクロウ競合に基づいたサイドチャネルおよびコベットチャネル攻撃を可能にすること。
• 正確なDRAMチャネル、ランク、バンクレイアウトのマッピングにより、Rowhammer攻撃の探索空間を縮小すること。
• 仮想マシンを含む特権なし環境でも、こうした攻撃の実現可能性を示すこと。
• 多様なIntelプロセッサおよびDRAM構成に適用可能な汎用的で自動化された手法を提供すること。

提案手法

• 物理的なバスプローブを実行し、DRAMアクセスパターンを観測することで、アドレッシングマッピングを導出する。
• システム特権を必要としないタイミング攻撃を用い、アクセス遅延を測定することで、DRAMチャネル、ランク、バンクレイアウトを推定する。
• メモリアクセスにおけるタイミングの変動を分析することで、複雑なDRAMアドレッシング関数を自動的に再構築する。
• DRAMバンク内でのロウ競合挙動を活用し、高帯域幅のコベットチャネルを構築する。
• この手法は複数のIntelプロセッサおよびDRAM構成で汎用的に動作し、仮想化環境でも有効である。
• 逆引きされたアドレッシング関数を用いて、ターゲットの探索空間を狭め、Rowhammer攻撃を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、タイミングサイドチャネル情報のみを用いてDRAMアドレッシング関数を逆引きできるか？
• RQ2 特権アクセスなしで、DRAMレイアウト（チャネル、ランク、バンク）をどの程度正確に推定できるか？
• RQ3 インナーバンクロウ競合を活用して、DRAMで高速なコベットチャネルを構築できるか？
• RQ4 正確なDRAMレイアウトの知識を用いることで、Rowhammer攻撃の探索空間はどの程度縮小できるか？
• RQ5 仮想マシンや特権なし環境でも、こうした逆引きが可能か？

主な発見

• 著者らは、タイミング測定のみを用いて、多様なIntelプロセッサおよびDRAM構成でDRAMアドレッシング関数を成功裏に逆引きした。
• 最大1.5 Mb/sの伝送レートを持つコベットチャネルを実装し、従来のメインメモリベースのコベットチャネルよりも著しく高速であった。
• 正確なDRAMレイアウト再構築により、Rowhammer攻撃の探索空間が最大16,384倍まで縮小された。
• この手法はルート特権なしで動作し、仮想マシンでも有効であるため、攻撃の表面が広がる。
• DRAMがCPUに限らず、複数のプロセッサ間で共有リソースとしてサイドチャネル攻撃に利用可能であることが実証された。
• インナーバンクロウ競合は高帯域幅の通信に利用可能であり、新たな種類のメモリベースのサイドチャネルを可能にする。