Czym są ataki mikroarchitektoniczne?

W dzisiejszych czasach ataki wymierzone w mikroarchitekturę, często określane mianem ataków bocznych, stanowią narastający problem w cyberbezpieczeństwie. W tego rodzaju atakach, cyberprzestępcy wykorzystują niezamierzone wycieki informacji z komponentów sprzętowych.

Wycieki te mogą objawiać się poprzez subtelne zmiany w funkcjonowaniu komputera, takie jak nietypowe wzorce dostępu do pamięci podręcznej czy przewidywanie rozgałęzień. Poprzez manipulowanie sposobem, w jaki sprzęt obsługuje instrukcje i dane, napastnicy wykorzystują te subtelności do uzyskania wglądu w informacje przetwarzane przez komputer.

Jednakże, czym dokładnie jest mikroarchitektura procesora i jaki ma ona wpływ na wspomniane luki?

Czym jest mikroarchitektura procesora w systemach komputerowych?

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się nad tym, jak działa komputer od wewnątrz? Wszystko sprowadza się do mikroarchitektury procesora – ukrytego elementu, który determinuje, w jaki sposób komputer przetwarza instrukcje i dane, jednocześnie efektywnie zarządzając zasobami procesora.

Wyobraź sobie ją jako kontrolera ruchu w mózgu Twojego komputera. Koordynuje on każdą operację, rozkładając zadania na mniejsze, łatwe do wykonania kroki i realizując je równocześnie, aby zwiększyć wydajność. Pomaga to utrzymać płynną koordynację, umożliwiając urządzeniu wykonywanie wielu zadań jednocześnie.

Mikroarchitektura odgrywa również kluczową rolę w bezpieczeństwie, tworząc wirtualne bariery chroniące zasoby komputera. Umożliwia dostęp do nich tylko autoryzowanym programom i użytkownikom. Co więcej, optymalizuje ona zużycie zasobów, wykorzystując pamięć i moc obliczeniową, a jednocześnie oszczędza energię podczas wykonywania mniej obciążających zadań.

Jak działają ataki mikroarchitektoniczne?

Celem ataków mikroarchitektonicznych są dane i procesy wykorzystywane przez komponenty mikroarchitektury. Służą one do uzyskania dostępu do prywatnych informacji. Jak dokładnie to się odbywa?

1. Ataki oparte na pamięci podręcznej

Ataki wykorzystujące pamięć podręczną to rodzaj zagrożenia, które skupia się na sposobie, w jaki komputer korzysta z tej pamięci. Warto odróżnić pamięć podręczną od plików cookie. Pamięć podręczna to niewielkie, szybkie jednostki pamięci, gdzie przechowywane są często używane dane. Dzięki temu komputer oszczędza czas potrzebny na ich pobieranie.

Można to porównać do sekretnej szuflady na biurku komputera, wypełnionej rzeczami, których często używasz. Pozwala to na szybki dostęp do tych elementów. Pomaga to w przyspieszeniu pracy komputera, poprzez przechowywanie często wykorzystywanych danych. Jednak jest pewien haczyk: napastnicy mogą w sposób ukryty uzyskać dostęp do poufnych informacji, nawet nie wchodząc w bezpośrednią interakcję z nimi.

Cyberprzestępcy obserwują, w jaki sposób Twój komputer korzysta z pamięci podręcznej. Analizują, z jaką szybkością komputer pobiera z niej dane. Dzięki starannemu planowaniu tych działań, mogą oni wnioskować, co znajduje się w jej wnętrzu. Jeżeli pobranie informacji zajmuje więcej czasu, może to oznaczać, że dane nie znajdowały się w pamięci podręcznej, co jest cenną wskazówką.

2. Spectre i Meltdown

Ataki Spectre wykorzystują zdolność procesora do przyspieszania wykonywanych zadań. Twój procesor, chcąc Ci pomóc, przewiduje, co program zrobi w następnej kolejności, aby wszystko przygotować z wyprzedzeniem – oszczędzając czas. Hakerzy mogą jednak zmylić te przewidywania i uzyskać w ten sposób dostęp do poufnych informacji.

Ataki Meltdown wykorzystują błąd w konstrukcji procesora, oszukując go i pozwalając jednemu programowi na podgląd pamięci innego programu. Działając jak nieuprawniona osoba, program ten narusza oddzielenie procesów i uzyskuje dostęp do informacji, do których nie powinien.

Te dwa rodzaje ataków tworzą zagrożenia, które wykorzystują luki w konstrukcji komputera.

3. Rowhammer

Ataki Rowhammer bazują na zależnościach między mikroarchitekturą sprzętową a zachowaniem komórek pamięci, zagrażając integralności systemu. Atak ten skupia się na tzw. efekcie Rowhammera, który jest problemem występującym w komórkach dynamicznej pamięci o dostępie swobodnym (DRAM).

Ujmując rzecz w prosty sposób, w pamięci komputera znajdują się różne elementy, które przechowują informacje. Jeżeli jakiś konkretny element jest szybko i wielokrotnie używany, może to spowodować nieprawidłowe działanie innych, sąsiadujących elementów.

Napastnicy wykorzystują ten mechanizm do „potrząsania” fragmentem pamięci, obserwując zachowanie sąsiednich fragmentów. Jeśli zaczną one działać nietypowo, dochodzi do awarii, co pozwala na pozyskanie poufnych danych.

4. Kod warunkowy skoku (JCC)

Komputer zazwyczaj podejmuje decyzje na podstawie określonych warunków. Ataki te mają na celu zmylenie tego procesu, poprzez doprowadzenie do podejmowania błędnych decyzji.

Kiedy napastnicy oszukują komputer, podjęcie decyzji zajmuje mu nieco więcej czasu. Napastnicy to zauważają i wykorzystują tę informację do ustalenia, co robił komputer, co z kolei ułatwia im wyciek poufnych danych.

Jak ataki mikroarchitektoniczne wpływają na Ciebie?

Po pierwsze, ataki te mogą próbować wykraść klucze kryptograficzne, które mają szczególne znaczenie, ponieważ powinny pozostać tajne. Klucze te chronią Twoje dane poprzez szyfrowanie. Jeśli wpadną w ręce napastników, może to spowodować poważne konsekwencje dla Twojej prywatności.

Napastnicy, po wprowadzeniu złośliwego oprogramowania do sieci, mogą podnieść swoje uprawnienia i uzyskać dostęp do całego systemu, narażając go na ryzyko. Dlatego tak istotne jest zrozumienie zasady minimalnych uprawnień i sposobów zapobiegania cyberatakom.

Ataki te mogą doprowadzić do wycieku danych w środowiskach chmurowych, poprzez naruszenie izolacji pomiędzy maszynami wirtualnymi działającymi na tym samym hoście.

Jak chronić się przed atakami mikroarchitektury?

Szkody, jakie mogą wyrządzić ataki mikroarchitektoniczne, są bardzo duże. Co więc możesz zrobić, aby nie stać się ofiarą? Na szczęście istnieją sposoby ochrony przed tego typu atakami.

• Regularnie aktualizuj oprogramowanie i oprogramowanie układowe, aby likwidować luki; aktualizuj także mikrokod i mikroarchitekturę.
• Zainstaluj sprawdzone oprogramowanie zabezpieczające, które potrafi wykryć i zablokować potencjalne zagrożenia.
• Używaj metod izolacji, aby oddzielać wrażliwe procesy i dane.
• Postępuj zgodnie z zasadą minimalnych uprawnień, przyznając użytkownikom i oprogramowaniu tylko te uprawnienia, które są absolutnie niezbędne. W ten sposób trudniej jest eskalować ataki.
• Wdróż systemy monitoringu i detekcji, które wykryją nietypową aktywność. Rozważ wzmocnienie bezpieczeństwa, np. za pomocą systemu SIEM.
• Szyfruj poufne dane, aby zapewnić im ochronę nawet w przypadku nieautoryzowanego dostępu.
• Regularnie twórz kopie zapasowe danych, abyś mógł je odzyskać w razie ataku.
• Stosuj solidne zabezpieczenia w chmurze, aby chronić dane przechowywane w środowiskach chmurowych.

Ataki mikroarchitektoniczne to poważna sprawa

Konieczne jest zachowanie czujności przed podstępnymi atakami na mikroarchitekturę. Ci sprytni intruzi wykorzystują sposób działania komputera „pod maską”. Istnieją jednak sposoby, aby się przed nimi chronić. Zadbaj o bezpieczeństwo sprzętu i upewnij się, że korzystasz z aktualnych wersji oprogramowania wewnętrznego procesora. Dzięki temu utrudnisz napastnikom online wyrządzenie Ci szkody.

Należy jednak pamiętać, że napastnicy mogą przejąć pozycję „człowieka pośrodku” w komunikacji pomiędzy urządzeniami. Aby zabezpieczyć się przed tymi potencjalnymi zagrożeniami, niezbędna jest wiedza na temat tego, jak się chronić.