[논문 리뷰] V0LTpwn: Attacking x86 Processor Integrity from Software

Zijo Kenjar, Tommaso Frassetto외 3명|TUbilio (Technical University of Darmstadt)|2019. 12. 10.

Security and Verification in Computing참고 문헌 39인용 수 35

한 줄 요약

소프트웨어로 제어되는 undervolting 공격이 x86 프로세서의 무결성을 저하시켜 크래시 없이 잘못된 실행을 가능하게 하고 Intel SGX와 같은 엔클레이브 계산에 여러 CPU 개정판에 걸쳐 영향을 미친다.

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.

연구 동기 및 목표

• 소프트웨어가 물리적 CPU 코어의 undervolt를 수행하여 회복 불가능한 하드웨어 결함을 유발할 수 있음을 시연한다.
• 이러한 결함이 크래시를 일으키지 않고 실행 결과를 손상시킬 수 있음을 보여주어 무결성 침해를 가능하게 한다.
• 권한이 있는 프로세스를 포함한 현대 x86 플랫폼에서의 영향을 설명하고 SGX 엔클레이브에 영향을 주는 사례를 보인다.

제안 방법

• 하드웨어 결함을 유발하기 위한 소프트웨어 제어 undervolting 기법을 제안하고 구현한다.
• 다양한 실행 모드에서 결과 계산의 무결성을 분석한다.
• 권한이 있는 접근 하에서 Intel SGX 엔클레이브에 대한 공격의 영향을 평가한다.
• speculative execution에 초점을 맞춘 기존 사이드 채널 공격과 공격 능력을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트웨어 제어 undervolting이 x86 CPU에서 복구 불가능한 하드웨어 결함을 일으켜 계산 결과를 손상시킬 수 있는가?
• RQ2 V0LTpwn이 서로 다른 실행 모드와 CPU 개정판에서도 무결성에 영향을 미치는가?
• RQ3 크래시 없이 잘못된 엔클레이브 계산(Intel SGX 등)을 유도하는 것이 가능한가?
• RQ4 이 하드웨어 지향 공격이 기존 사이드 채널/벡터 공격과 어떻게 다르고 보완하는가?

주요 결과

• 소프트웨어 기반 undervolting은 크래시 없이 계산 결과를 손상시키는 회복 불가능한 하드웨어 결함을 생성할 수 있다.
• 권한 있는 프로세스에 의해 실행될 때 이 공격은 Intel SGX 엔클레이브 내부의 계산을 손상시킬 수 있다.
• V0LTpwn은 다수 CPU 개정판에 걸친 무결성 침해를 시연하여 광범위한 적용 가능성을 시사한다.
• 이 방법은 정보 노출뿐 아니라 계산 무결성을 겨냥한다는 점에서 기존의 speculative-execution 사이드 채널 공격과 차별화된다.