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Spectre/Meltdown : de nouvelles failles dans les processeurs,
Elles permettent de lire les registres internes, la mémoire kernel et celle de l'hôte

Le , par benjani13

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23  0 
En début d’année, plusieurs vulnérabilités affectant les processeurs depuis plusieurs années ont été dévoilées. Au nombre de trois « variantes », ces vulnérabilités exploitent des mécanismes internes aux processeurs. Elles sont souvent regroupées sous le nom de Spectre pour les variantes 1 et 2, et Meltdown pour la variante 3. Elles permettent de lire la mémoire kernel en tant que simple utilisateur, ou bien d’aller lire la mémoire de l’hôte depuis une machine virtuelle.
Hier, les détails de deux nouvelles variantes (3a, et 4) ont été publiés. Elles abusent des mécanismes d’exécution spéculative pour (3a) lire des registres internes des processeurs et (4) lire des données sensibles en mémoire.


Retour sur Spectre et Meltdown

Meltdown et Spectre abusent de certains mécanismes d’optimisations implémentés dans les processeurs, notamment celui dit d’exécution spéculative. Ce mécanisme permet au processeur d’exécuter certaines instructions en avance de phase afin de gagner du temps. Le processeur peut par exemple (variante 1) exécuter une série d’instructions se trouvant après une condition, sans savoir à ce moment-là si la condition sera remplie ou non. Si la condition n’est en fait pas remplie, le processeur revient à son état précédent l’exécution du bloc et tout se passe comme si rien ne s’était passé. Or il a été démontré que des traces de l’exécution erronée du bloc peuvent être retrouvées dans le cache du processeur, celui-ci n’étant pas remis dans son état original.

Ces vulnérabilités ont dû être patchées soit par la mise à jour du microcode des processeurs affectés, soit par la mise en place de mécanismes de protection au sein des systèmes d’exploitation. Néanmoins certaines de ces protections impliquent des baisses de performances, et certains patchs n’ont pas été totalement efficaces et ont subi plusieurs itérations avant d’être matures. AMD et Intel ont aussi pris en compte ces failles dans leurs futures architectures afin de livrer de nouveaux processeurs non vulnérables. Les fournisseurs d’infrastructure cloud, particulièrement impactés par ces vulnérabilités, ont aussi dû rapidement réagir en déployant des correctifs sur leurs serveurs. Aussi, des compilateurs ont implémenté des mécanismes pour contrer certaines variantes, et des guides de développement ont été publiés afin d’écrire du code moins sensible à ces attaques. Encore plus inattendu, les navigateurs web ont baissé la précision des timers JavaScript afin d’empêcher l’exploitation de ces failles depuis du code JavaScript.

Meltdown et Spectre ont donc été des vulnérabilités assez hors du commun, tant par le fait qu’elles attaquent les processeurs eux-mêmes, par leur impact très large (tous les OS étant concernés), et le travail qui a été nécessaire pour les corriger. En effet c’est toute l’industrie (fabricants de CPU, développeurs d’OS, fournisseurs d’infrastructure) qui a dû se coordonner, en secret, pendant plusieurs mois afin de fournir une réponse adaptée.

Nouvelles vulnérabilités

Il était pressenti que les chercheurs ayant découvert Meltdown et Spectre venaient d’ouvrir une porte sur tout un champ d’études encore très peu exploré et que d’autres variantes seraient découvertes. Le 21 mai 2018, deux nouvelles vulnérabilités mettant en jeu l’exécution spéculative ont été dévoilées.

Variante 3a : Rogue System Register Read (CVE-2018-3640)

Cette variante abuse des mécanismes d’exécution spéculative afin de récupérer les valeurs de certains registres internes des processeurs. Quelques données sensibles peuvent être récupérées suivant le processeur visé comme l’adresse physique de certaines structures de données et l’adresse de certains points d’entrée du kernel. Ces informations peuvent permettre d’outrepasser la protection KASLR (Kernel Address Space Randomization) en place dans les systèmes d’exploitation récents.

KASLR rend l’adresse de base du kernel (et donc de tout son contenu) aléatoire. Ainsi, si un attaquant exploite par exemple un driver kernel et se retrouve à pouvoir exécuter du code avec les mêmes droits, il ne pourra pas manipuler les informations du kernel, car il ne connaitra pas leurs adresses. Cette vulnérabilité peut paraitre minime mais réussir à contourner KASLR est une étape presque indispensable aujourd'hui pour réussir un exploit kernel.

Variante 4 : Spéculative store bypass (CVE-2018-3639)

Cette vulnérabilité abuse d’un mécanisme d’optimisation dans la lecture de la mémoire appelé « memory disambiguation ». En effet, les processeurs tentent de gagner du temps en réorganisant l’ordre des instructions à la volée. Si l’instruction 1 est jugée lente (lecture d’une donnée en RAM), le processeur peut démarrer l’exécution de l’instruction 2 si celle-ci est jugée rapide (lecture dans le cache). Bien sûr, pour que ce mécanisme se déclenche, il ne faut pas que l’instruction 2 dépende de l’instruction 1. Si l’instruction 1 écrit une valeur à l’adresse 3000 et que l’instruction 2 lit la valeur à l’adresse 3000, l’instruction 2 ne pourra pas être exécutée avant la 1. Ce mécanisme s’applique à plus que deux instructions bien sûr. Si l’instruction 2 consiste à charger une valeur, puis une troisième instruction incrémente cette valeur, c’est l’ensemble instructions 2 et 3 qui peut être exécuté avant l’instruction 1.
Il peut néanmoins arriver que le processeur se trompe, et qu’il se rende compte après coup que la seconde instruction était bien dépendante de la première. Dans ce cas-là, une fois que l’instruction 1 est terminée, le processeur revient en arrière et réexécute l’instruction 2 (et plus si besoin).

Tout comme les autres variantes, ce retour en arrière peut laisser des traces exploitables après coup, notamment dans le cache. En abusant de ce mécanisme, il est donc possible de tenter de faire charger des données sensibles et de les lire dans le cache, même si le processeur se rend compte de l’erreur et a effectué le retour en arrière.
Microsoft a annoncé que les patchs déjà publiés pour Windows corrigent une partie des scénarios exploitables avec cette variante. Microsoft précise qu’un travail est en cours avec les fabricants de CPU afin d’évaluer les solutions à implémenter au niveau des processeurs (firmware ou micro code).

En attendant d'autres variantes

Les recherches sur les vulnérabilités liées aux différents mécanismes d’exécution spéculatives se poursuivent et d'autres variantes seront sans doute découvertes. Bien que ces attaques peuvent paraitre peu signifiantes pour certains, il ne faut pas les sous-estimer, et le fait qu'elles forcent de nombreux acteurs de l'industrie à réagir démontre qu'il y a du souci à se faire. Cependant, ces failles de bas niveau sont difficiles à comprendre, et il n'est de fait pas aisé d'estimer l'impact de chaque variante. De plus les impacts de performances de certains patchs ont pu faire hésiter à les déployer. Il faudra néanmoins rester sur le qui-vive et être prêt à patcher dès que nécessaire, car c'est un nouveau pan de recherche qui s'est ouvert et nous pourrions encore être très surpris par ce qu'il se passe dans nos processeurs.

Sources et lectures complémentaires



Et vous ?

Que pensez-vous de ces nouvelles failles sur les processeurs ?

Voir aussi

Vulnérabilités Meltdown et Spectre : Intel devrait livrer ses premiers processeurs dotés de protections intégrées plus tard cette année

Vulnérabilité Spectre : Google publie une nouvelle technique de mitigation, elle introduirait un impact négligeable sur les performances des machines

Vulnérabilités Meltdown et Spectre : état des lieux des navigateurs, Chrome, Mozilla et Edge face au vecteur d'exploitation JavaScript

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Avatar de emixam16
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 06/03/2019 à 14:45
D'un côté si il a fallu 20 ans pour trouver le problème, c'était pas si mal conçu que ça à la base.
Pas systématiquement.

Dans les cas de Spectre/Meltdown/Foreshadow/Spoiler, ces failles sont effectivement relativement balèzes (même si pas non plus exceptionnelles) et c'est compréhensible qu'elles aient mis du temps à être découvertes.

Mais des failles critiques, qui tiennent très longtemps dans le systèmes sont courantes. Voici deux exemples:
- La faille WinRar découverte récemment (https://www.developpez.com/actu/2479...-utilisateurs/) est très bête. Elle exploite une faille "bête" dans un format très peu utilisé (.ace). Et comme winrar ne prend pas en compte l'extension, en renommant simplement le fichier en .rar, je peux l'exploiter très facilement et compromettre une machine.
- L'idée derrière la faille HeartBleed était très basique aussi (principe expliqué en images par xkcd ici https://xkcd.com/1354/).

En résumé, qu'une faille n'ait été trouvé qu'après très longtemps ne veut pas dire que le logiciel était bien sécurisé... Juste qu'aucun chercheur en sécurité n'a regardé au bon endroit... Et vu le nombre d'endroits à regarder c'est compréhensible.
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Avatar de benjani13
Membre extrêmement actif https://www.developpez.com
Le 28/05/2018 à 11:54
Citation Envoyé par dlandelle Voir le message
Désactiver les mises à jour, mettre un firewall, ça paraît plus efficace que d'avoir peur de ces menaces bidons ;-)
- Désactiver les mises à jour? Non. Voyez ce qu'à donné le manque applications des mises à jour quand le virus WannaCry a frappé.
- Mettre un firewall? Oui. Mais ça ne protège pas de tout, loin de là.
- Des menaces bidons? Soyons sérieux, ces vulnérabilités ont des impacts démontrés. Que votre PC personnel sois touché par une de ces vulnérabilités, il y a peu de chance. Ces attaques sont difficiles, extrêmement dépendantes de l'OS et du processeur (donc il faut faire du cas par cas). Votre PC personnel n'est pas une cible assez intéressante pour y mettre ces moyens. Les cibles de ces attaques seraient principalement les fournisseurs de cloud et d'autres infrastructures du type.

Citation Envoyé par pierre++ Voir le message
Ça me rappelle que dans les années 95 j'avais écris un petit programme en C qui explorait la mémoire du système ( windows 98, puis windows 98) à la recherche de la zone où était stockée la position des mines du jeu "Démineur". Histoire de ne pas sauter sur une bombe
Là c'est un peu plus subtile puisque c'est une exploration du cache du processeur, mais je doute que ce soit très compliqué pour un bricoleur de développer ça
Effectivement c'est plus subtile car, contrairement à la RAM, le cache ne peut être accédé directement. On ne peut pas aller demander à lire la case xxx dans le cache. Là il faut trouver des astuces pour, par déduction, obtenir des valeurs dans le cache. Dans le cas de spectre cela marche comme cela:
- On vise à obtenir la valeur à l'adresse X dans la RAM sans la lire directement
- On charge la donnée à l'adresse X dans un registre du processeur (on a pas le droit de le faire, mais l’exécution spéculatif va le faire tout de même)
- Si le dernier bit de la valeur à l'adresse X vaut 1, on charge une variable A qui correspond à une adresse Y dans la RAM.
- Sinon (le dernier bit de la valeur à l'adresse X vaut 0), on charge une variable B qui correspond à une adresse Z dans la RAM.

Après tout ça, la variable qui aura été chargé (A ou B), aura sa valeur dans le cache. On procède ensuite comme suit:
- On lance un timer 1
- On charge la variable A
- On mesure le temps écoulé
- On lance un timer 2
- On charge la variable B
- On mesure le temps écoulé

Et on analyse:
- Si le chargement de A est plus rapide, donc c'est A qui a été chargé tout à l'heure. Donc la condition "est-ce que le dernier bit de la donnée à l'adresse X vaut 1" était vrai.
- Sinon, B est plus rapide et donc le dernier bits vaut 0.

Et on recommence le processus pour chaque bits de la donnée à l'adresse X, et on obtient sa valeur sans jamais l'avoir lu directement, uniquement en inférant avec le comportement du cache.
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Avatar de 23JFK
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 15/06/2018 à 21:10
De correctif en correctif, le fière i9 sera bientôt aussi efficace qu'un 8080 si cela continue.
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Avatar de chrtophe
Responsable Systèmes https://www.developpez.com
Le 15/06/2018 à 15:42
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Avatar de mattdef
Membre actif https://www.developpez.com
Le 05/11/2018 à 14:31
Il serait grand temps de mettre fin aux technologies HT et SMT... Les CPU d'aujourd'hui ont suffisamment de cœurs (merci AMD au passage) pour ne plus avoir besoin de cet artifice.
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Avatar de CaptainDangeax
Membre éclairé https://www.developpez.com
Le 13/03/2019 à 11:34
Je suis allé il y a 2 semaines à une conférence sur les hardware trojans. Le conférencier a présenté 2 cas d'étude, mais qui sont extrèmement complexes à mettre en oeuvre et qui de plus requièrent un accès physique au matériel et qui sont en fait faciles à détecter. Donc ce vecteur d'attaque n'est pas utilisé.
Je reste persuadé qu'on risque bien plus par des attaques de social engineering, même si ça n'excuse pas Intel.
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Avatar de chrtophe
Responsable Systèmes https://www.developpez.com
Le 23/02/2019 à 8:35
J'imagine qu'un tel problème ne serait jamais resté ignoré aussi longtemps sur du open-hardware.
Le problème étant matériel, il faut :

  • remédier au problème de conception.
  • quid du matériel déjà fourni avec le défaut ? il faut le changer, ou accepter la mitigation, réduisant le problème mais ne le solutionnant pas à 100 %, générant un ralentissement global de fonctionnement.


Ca ne peut de toute façon pas se régler en 15 jours.

Les gens ayant acheté un CPU avec la faille peuvent toujours essayer de faire jouer le vice caché.
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Avatar de andry.aime
Rédacteur/Modérateur https://www.developpez.com
Le 06/11/2018 à 14:55
Citation Envoyé par Steinvikel Voir le message
PS: certains gamers ont la nécessité de désactiver le SMT dû à des problèmes entre la stabilité de ce dernier, le comportement de l'OS, et d'autres impactes au cas par cas... et avec SMT désactivé, ils y trouvent de meilleurs perf'... c'est parfois le cas pour les techno récentes qui manquent de maturité, comme le début des AMD Ryzen avec Windows par exemple.
Citation Envoyé par Piraaate Voir le message
Je suis intrigué par ce cas, est-ce que tu pourrais m'orienter vers des articles/discussions qui traitent du problème, s'il te plaît ?
C'était lié au Core Parking de windows 10 avant que AMD a créé un patch.
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Avatar de Steinvikel
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 15/11/2018 à 21:07
"il y a des millions de CPU vulnérable en circulation (...) On ne peut tout simplement pas remplacer la quasi intégralité du parc informatique"
...spécialement si l'on considère l'actuelle "pénurie" de production sur les CPU Intel ! x)
Ils sont mal barré.

PS: et ne tenez pas compte de chaque discours de sortie de nouveaux modèles --> "ne vous inquiétez pas, ceux-là ils sont protégés"
Une architecture CPU ça met en moyenne 7 années à émerger, donc repenser une archi, ça met certainement pas 1 à 2 ans, contrairement à ce que l'un comme l'autre (Intel et AMD) veulent insinuer.
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Avatar de LSMetag
Expert confirmé https://www.developpez.com
Le 23/05/2018 à 14:57
Qu'évidemment Intel continue de pleurer.

Car ces failles sont comme les autres, vecteur de contrôle, d'injection de code malveillant, de récupération de données personnelles ou sensibles,... Ca peut être un outil d'espionnage, industriel entre autre. Il y a des génies partout dans le monde prêts à les exploiter. Donc ça me tient à coeur.
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