[論文レビュー] V0LTpwn: Attacking x86 Processor Integrity from Software

Zijo Kenjar, Tommaso Frassetto+3 more|TUbilio (Technical University of Darmstadt)|Dec 10, 2019

Security and Verification in Computing参考文献 39被引用数 35

ひとこと要約

ソフトウェア制御の undervolting 攻撃が x86 プロセッサの完全性を低下させ、クラッシュを伴わない誤動作を引き起こし、Intel SGX を含むエンクレーブ計算に複数の CPU リビジョンにわたって影響を及ぼす。

ABSTRACT

Fault-injection attacks have been proven in the past to be a reliable way of bypassing hardware-based security measures, such as cryptographic hashes, privilege and access permission enforcement, and trusted execution environments. However, traditional fault-injection attacks require physical presence, and hence, were often considered out of scope in many real-world adversary settings. In this paper we show this assumption may no longer be justified. We present V0LTpwn, a novel hardware-oriented but software-controlled attack that affects the integrity of computation in virtually any execution mode on modern x86 processors. To the best of our knowledge, this represents the first attack on x86 integrity from software. The key idea behind our attack is to undervolt a physical core to force non-recoverable hardware faults. Under a V0LTpwn attack, CPU instructions will continue to execute with erroneous results and without crashes, allowing for exploitation. In contrast to recently presented side-channel attacks that leverage vulnerable speculative execution, V0LTpwn is not limited to information disclosure, but allows adversaries to affect execution, and hence, effectively breaks the integrity goals of modern x86 platforms. In our detailed evaluation we successfully launch software-based attacks against Intel SGX enclaves from a privileged process to demonstrate that a V0LTpwn attack can successfully change the results of computations within enclave execution across multiple CPU revisions.

研究の動機と目的

• 物理的な CPU コアを undervolt させて修復不能なハードウェア故障を誘発できることを示す。
• そのような故障がクラッシュを引き起こすことなく実行結果を破損させ、完全性の侵害を可能にすることを示す。
• SGX エンクレーブを含む現代の x86 プラットフォームでの影響を illustrating する。

提案手法

• ソフトウェア制御の undervolting 手法を提案・実装してハードウェア故障を誘発する。
• さまざまな実行モードでの計算完全性を分析する。
• 特権アクセス下で Intel SGX エンクレーブへの攻撃の影響を評価する。
• 推測実行に焦点を当てた既存のサイドチャネル攻撃と比較して、攻撃の能力を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトウェア制御の undervolting により x86 CPU で計算結果を破壊する修復不能なハードウェア故障を発生させることができるのか。
• RQ2 V0LTpwn はさまざまな実行モードと CPU リビジョンで完全性に影響を及ぼすのか。
• RQ3 クラッシュを引き起こさずにエンクレーブ計算（例：Intel SGX）を誤作動させることは現実的か。
• RQ4 このハードウェア指向の攻撃は、既存のサイドチャネル/ベクター攻撃とどのように異なり、補完し得るのか。

主な発見

• ソフトウェアベースの undervolting により、クラッシュを伴わずに計算結果を破損する修復不能なハードウェア故障を生み出せる。
• この攻撃は特権プロセスによって実行された場合、Intel SGX エンクレーブ内部の計算を侵害できる。
• V0LTpwn は複数の CPU リビジョンで完全性侵害を示し、広範な適用性を示唆する。
• この手法は、推測実行のサイドチャネル攻撃と異なり、情報漏洩だけでなく計算完全性を標的としている点で特徴づけられる。