Атаки на шаблоны кэша: автоматизация атак на инклюзивные кэши последнего уровня

Недавние исследования атак на кэш показали, что кэши процессоров представляют собой мощный источник утечки информации. Однако существующие атаки требуют ручного выявления уязвимостей, то есть обращений к данным или выполнения инструкций, зависящих от секретной информации. В этой статье мы представляем атаки на шаблоны кэша. Этот универсальный метод атаки позволяет автоматически профилировать и использовать утечки информации через кэш в любой программе без предварительного знания конкретных версий программного обеспечения и даже специфической информации о системе. Атаки на шаблоны кэша могут выполняться онлайн на удалённой системе без каких-либо предварительных офлайн-вычислений или измерений. Атаки на шаблоны кэша состоят из двух этапов. На этапе профилирования мы определяем зависимости между обработкой секретной информации, например определённых ключевых входных данных или закрытых ключей криптографических примитивов, и конкретными обращениями к кэшу. На этапе эксплуатации мы выводим секретные значения на основе наблюдаемых обращений к кэшу. Мы демонстрируем возможности предложенного подхода с помощью нескольких атак, а также полезного применения для разработчиков. Среди представленных атак — применение атак на шаблоны кэша для определения нажатий клавиш и, что ещё более существенно, идентификации конкретных клавиш в пользовательских интерфейсах Linux и Windows. В частности, для паролей, состоящих только из строчных букв, нам удаётся снизить энтропию на один символ с log2(26) = 4.7 до 1.4 бит в системах Linux. Кроме того, мы выполняем автоматизированную атаку на реализацию AES в OpenSSL на основе таблиц T, эффективность которой сопоставима с эффективностью современных ручных атак на кэш.