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Vulnerabilidad de ejecución transitoria de la CPU

Las vulnerabilidades de ejecución transitoria de la CPU son vulnerabilidades en un sistema informático en las que se explota una optimización de ejecución especulativa implementada en un microprocesador para filtrar datos secretos a una parte no autorizada. El arquetipo es Spectre , y los ataques de ejecución transitoria como Spectre pertenecen a la categoría de ataques de caché, una de varias categorías de ataques de canal lateral . Desde enero de 2018, se han identificado muchas vulnerabilidades de ataques de caché diferentes.

Descripción general

Las computadoras modernas son dispositivos altamente paralelos, compuestos de componentes con características de rendimiento muy diferentes. Si una operación (como una bifurcación) aún no se puede realizar porque alguna operación lenta anterior (como una lectura de memoria) aún no se ha completado, un microprocesador puede intentar predecir el resultado de la operación anterior y ejecutar la operación posterior de manera especulativa , actuando como si la predicción fuera correcta. La predicción puede basarse en el comportamiento reciente del sistema. Cuando se completa la operación anterior, más lenta, el microprocesador determina si la predicción fue correcta o incorrecta. Si fue correcta, la ejecución continúa sin interrupciones; si fue incorrecta, el microprocesador revierte las operaciones ejecutadas especulativamente y repite la instrucción original con el resultado real de la operación lenta. Específicamente, una instrucción transitoria [1] se refiere a una instrucción procesada por error por el procesador (incriminando al predictor de bifurcación en el caso de Spectre ) que puede afectar el estado microarquitectónico del procesador, dejando el estado arquitectónico sin ningún rastro de su ejecución.

En términos del comportamiento directamente visible del ordenador, es como si el código ejecutado especulativamente "nunca hubiera sucedido". Sin embargo, esta ejecución especulativa puede afectar el estado de ciertos componentes del microprocesador, como la memoria caché , y este efecto puede descubrirse mediante un control cuidadoso de los tiempos de las operaciones posteriores.

Si un atacante puede hacer que el código ejecutado especulativamente (que puede ser escrito directamente por el atacante o puede ser un dispositivo adecuado que haya encontrado en el sistema objetivo) funcione sobre datos secretos a los que no está autorizado a acceder y tenga un efecto diferente en la memoria caché para diferentes valores de los datos secretos, es posible que pueda descubrir el valor de los datos secretos.

Cronología

2018

A principios de enero de 2018, se informó que todos los procesadores Intel fabricados desde 1995 [2] [3] (además de Intel Itanium y los Intel Atom anteriores a 2013 ) han sido objeto de dos fallas de seguridad denominadas Meltdown y Spectre . [4] [5]

El impacto en el rendimiento resultante de los parches de software es "dependiente de la carga de trabajo". Se han publicado varios procedimientos para ayudar a proteger las computadoras domésticas y los dispositivos relacionados de las vulnerabilidades de seguridad Spectre y Meltdown. [6] [7] [8] [9] Se ha informado que los parches Spectre reducen significativamente el rendimiento, especialmente en computadoras más antiguas; en las plataformas Core de octava generación más nuevas, se han medido caídas de rendimiento de referencia de entre el 2 y el 14 %. [10] Los parches Meltdown también pueden producir pérdida de rendimiento. [11] [12] [13] Se cree que "cientos de millones" de sistemas podrían verse afectados por estas fallas. [3] [14] Se revelaron más fallas de seguridad el 3 de mayo de 2018, [15] el 14 de agosto de 2018, el 18 de enero de 2019 y el 5 de marzo de 2020. [16] [17] [18] [19]

En ese momento, Intel no hizo comentarios sobre este tema. [20] [21]

El 15 de marzo de 2018, Intel informó que rediseñará sus CPU (pérdidas de rendimiento por determinar) para protegerse contra la vulnerabilidad de seguridad Spectre , y espera lanzar los procesadores recientemente rediseñados a finales de 2018. [22] [23]

El 3 de mayo de 2018 se informaron ocho fallas adicionales de clase Spectre. Intel informó que está preparando nuevos parches para mitigar estas fallas. [24]

El 14 de agosto de 2018, Intel reveló tres fallas adicionales en los chips, conocidas como falla de terminal L1 (L1TF). Informaron que las actualizaciones de microcódigo publicadas anteriormente, junto con las nuevas actualizaciones de microcódigo previas al lanzamiento, se pueden utilizar para mitigar estas fallas. [25] [26]

2019

El 18 de enero de 2019, Intel reveló tres nuevas vulnerabilidades que afectan a todas las CPU de Intel, llamadas "Fallout", "RIDL" y "ZombieLoad", que permiten a un programa leer información escrita recientemente, leer datos en los buffers de llenado de línea y puertos de carga, y filtrar información de otros procesos y máquinas virtuales. [27] [28] [29] Las CPU de la serie Coffee Lake son aún más vulnerables, debido a las mitigaciones de hardware para Spectre . [ cita requerida ] [30]

2020

El 5 de marzo de 2020, expertos en seguridad informática informaron sobre otra falla de seguridad en chips Intel, además de las fallas Meltdown y Spectre , con el nombre sistemático CVE - 2019-0090 (o "Intel CSME Bug"). [16] Esta falla recién descubierta no se puede solucionar con una actualización de firmware y afecta a casi "todos los chips Intel lanzados en los últimos cinco años". [17] [18] [19]

2021

En marzo de 2021, los investigadores de seguridad de AMD descubrieron que el algoritmo Predictive Store Forwarding en las CPU Zen 3 podría ser utilizado por aplicaciones maliciosas para acceder a datos a los que no deberían acceder. [31] Según Phoronix, deshabilitar la función tiene poco impacto en el rendimiento. [32]

En junio de 2021, se descubrieron dos nuevas vulnerabilidades, Speculative Code Store Bypass ( SCSB , CVE-2021-0086) y Floating Point Value Injection (FPVI, CVE-2021-0089), que afectan a todas las CPU x86-64 modernas tanto de Intel como de AMD. [33] Para mitigarlas, es necesario reescribir y recompilar el software. Las CPU ARM no se ven afectadas por SCSB, pero algunas arquitecturas ARM determinadas se ven afectadas por FPVI. [34]

En agosto de 2021 se reveló una vulnerabilidad denominada " Ejecución transitoria de accesos no canónicos " que afecta a ciertas CPU AMD. [35] [36] [37] Requiere las mismas mitigaciones que la vulnerabilidad MDS que afecta a ciertas CPU Intel. [38] Se le asignó CVE-2020-12965. Dado que la mayoría del software x86 ya está parcheado contra MDS y esta vulnerabilidad tiene exactamente las mismas mitigaciones, los proveedores de software no tienen que abordar esta vulnerabilidad.

En octubre de 2021, por primera vez se reveló que una vulnerabilidad similar a Meltdown [39] [40] afectaba a todas las CPU de AMD; sin embargo, la empresa no cree que sea necesario aplicar nuevas mitigaciones y las existentes ya son suficientes. [41]

2022

En marzo de 2022, se reveló una nueva variante de la vulnerabilidad Spectre llamada Branch History Injection . [42] [43] Afecta a ciertas CPU ARM64 [44] y a las siguientes familias de CPU Intel: Cascade Lake , Ice Lake , Tiger Lake y Alder Lake . Según los desarrolladores del kernel de Linux, las CPU AMD también se ven afectadas. [45]

En marzo de 2022, se reveló una vulnerabilidad que afectaba a una amplia gama de CPU AMD bajo CVE-2021-26341. [46] [47]

En junio de 2022, se anunciaron varias vulnerabilidades de las CPU Intel MMIO relacionadas con la ejecución en entornos virtuales . [48] Se designaron los siguientes CVE: CVE-2022-21123, CVE-2022-21125, CVE-2022-21166.

En julio de 2022, se reveló la vulnerabilidad Retbleed que afectaba a las CPU Intel Core de 6.ª a 8.ª generación y a las CPU AMD Zen 1, 1+ y 2.ª generación. Las microarquitecturas Intel más nuevas, así como las AMD a partir de Zen 3, no se ven afectadas. Las mitigaciones de la vulnerabilidad reducen el rendimiento de las CPU Intel afectadas hasta en un 39 %, mientras que las CPU AMD pierden hasta un 14 %.

En agosto de 2022, se reveló la vulnerabilidad SQUIP que afectaba a las CPU de las series Ryzen 2000-5000. [49] Según AMD, las mitigaciones existentes son suficientes para protegerse de ella. [50]

Según una revisión de Phoronix publicada en octubre de 2022, las CPU Zen 4 / Ryzen 7000 no se ralentizan con las mitigaciones; de hecho, deshabilitarlas conduce a una pérdida de rendimiento. [51] [52]

2023

En febrero de 2023 se reveló una vulnerabilidad que afectaba a una amplia gama de arquitecturas de CPU AMD denominada " Predicciones de direcciones de retorno entre subprocesos ". [53] [54] [55]

En julio de 2023 se hizo pública una vulnerabilidad crítica en la microarquitectura Zen 2 de AMD llamada Zenbleed . [56] [1] AMD lanzó una actualización de microcódigo para solucionarla. [57]

En agosto de 2023 se reveló una vulnerabilidad en las microarquitecturas Zen 1 , Zen 2 , Zen 3 y Zen 4 de AMD llamada Inception [58] [59] y se le asignó CVE-2023-20569. Según AMD, no es práctico, pero la empresa lanzará una actualización de microcódigo para los productos afectados.

También en agosto de 2023 se reveló una nueva vulnerabilidad denominada Downfall o Gather Data Sampling , [60] [61] [62] que afecta a las familias de CPU Intel Skylake, Cascade Lake, Cooper Lake, Ice Lake, Tiger Lake, Amber Lake, Kaby Lake, Coffee Lake, Whiskey Lake, Comet Lake y Rocket Lake. Intel lanzará una actualización de microcódigo para los productos afectados.

La vulnerabilidad SLAM [63] [64] [65] [66] ( Spectre basada en enmascaramiento de direcciones lineales ) reportada en 2023 no ha recibido un CVE correspondiente, ni ha sido confirmada o mitigada.

2024

En marzo de 2024, se publicó una variante del ataque Spectre-V1 llamada GhostRace . [67] Se afirmó que afectaba a todas las principales microarquitecturas y proveedores, incluidos Intel, AMD y ARM. Se le asignó CVE-2024-2193. AMD desestimó la vulnerabilidad (llamándola "Condiciones de carrera especulativa (SRC)") alegando que las mitigaciones existentes eran suficientes. [68] Los desarrolladores del kernel de Linux optaron por no agregar mitigaciones citando problemas de rendimiento. [69] El proyecto de hipervisor Xen lanzó parches para mitigar la vulnerabilidad, pero no está habilitado de forma predeterminada. [70]

También en marzo de 2024, se reveló una vulnerabilidad en los procesadores Intel Atom llamada Register File Data Sampling ( RFDS ). [71] Se le asignó CVE-2023-28746. Sus mitigaciones implican una ligera degradación del rendimiento. [72]

En abril de 2024, se reveló que la vulnerabilidad BHI en ciertas familias de CPU Intel aún podía explotarse en Linux completamente en el espacio de usuario sin usar ninguna característica del kernel o acceso root a pesar de las mitigaciones existentes. [73] [74] [75] Intel recomendó un "endurecimiento de software adicional". [76] Al ataque se le asignó una nueva CVE-2024-2201.

En julio de 2024, los investigadores de la UC San Diego revelaron el ataque Indirector contra las CPU Intel Alder Lake y Raptor Lake aprovechando la inyección de destino de ramificación (BTI) de alta precisión. [77] [78] [79] Intel restó importancia a la gravedad de la vulnerabilidad y afirmó que las mitigaciones existentes son suficientes para abordar el problema. [80] No se asignó ninguna CVE.

Futuro

Las vulnerabilidades de la clase Spectre permanecerán sin solucionarse porque, de lo contrario, los diseñadores de CPU tendrán que desactivar la ejecución especulativa , lo que implicará una pérdida masiva de rendimiento. [ cita requerida ] A pesar de esto, AMD ha logrado diseñar Zen 4 de tal manera que su rendimiento no se vea afectado por las mitigaciones. [51] [52]

Resumen de vulnerabilidades y mitigaciones

La arquitectura Coffee Lake de octava generación en esta tabla también se aplica a una amplia gama de CPU Intel lanzadas anteriormente, no limitadas a las arquitecturas basadas en Intel Core , Pentium 4 e Intel Atom comenzando con Silvermont . [129] [130] Varias microarquitecturas de CPU no incluidas anteriormente también se ven afectadas, entre ellas ARM , IBM Power , MIPS y otras. [131] [132] [133] [134]

Notas

  1. ^ abcdefgh Whiskey Lake escalonamiento C [81]
    Coffee Lake escalonamiento D
  2. ^ abcd Comet Lake excepto U42 (CPUID 806EC) [81]
  3. ^ ab Cascade Lake escalonamiento 5 [94]
  4. ^ Procesador Ice Lake Xeon-SP (CPUID 606A*) [81]
  5. ^ Lago Comet U42
    Lago Ámbar    (CPUID 806EC) [81]
  6. ^ Lago Cascada [81]
  7. ^ Familia de núcleos Ice Lake (CPUID 706E5) [81]

Referencias

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