NetCAT: практические атаки на кэш из сети

Рост производительности периферийных устройств создает нагрузку на подсистему памяти современных процессоров. Например, доступной пропускной способности DRAM уже недостаточно для обработки трафика современной сетевой карты. Стремясь обеспечить заявленную производительность, современные процессоры Intel вместо передачи данных периферийных устройств в DRAM и обратно выполняют операции ввода-вывода непосредственно в кэше последнего уровня (Last Level Cache, LLC). Хотя прямой доступ к кэшу (Direct Cache Access, DCA) вместо прямого доступа к памяти (Direct Memory Access, DMA) является разумной оптимизацией производительности, он, к сожалению, реализован без учета требований безопасности, поскольку теперь LLC совместно используется процессором и всеми подключенными устройствами, включая сетевую карту. В этой работе мы выполняем обратный инжиниринг поведения DCA, широко известного как ввод-вывод с прямой передачей данных (Data-Direct I/O, DDIO), на современных процессорах Intel и представляем его первый анализ безопасности. На основе проведенного анализа мы представляем NetCAT — первую сетевую кэш-атаку PRIME+PROBE на LLC процессора удаленной машины. Мы показываем, что NetCAT позволяет осуществлять атаки не только в кооперативных сценариях, где злоумышленник может создать скрытый канал между сетевым клиентом и изолированным серверным процессом, не имеющим доступа к сети, но, что более тревожно, и в обычных сценариях противодействия. В таких сценариях NetCAT может обеспечить раскрытие конфиденциальной информации, основанной на сетевых временных характеристиках. В качестве примера мы демонстрируем атаку по времени нажатий клавиш на уязвимое SSH-соединение, принадлежащее другому клиенту целевого сервера. Полученные результаты должны предостеречь разработчиков процессоров от неконтролируемого совместного использования дополнительных микроархитектурных компонентов с периферийными устройствами, доступными для вредоносного ввода.