Apple CPU’larına yönelik yeni ve tehlikeli saldırılar: SLAP, FLOP

SLAP: Veri spekülasyonu saldırısı (data Speculation attacks via Load Address Prediction)

• SLAP saldırısı, Apple Silicon’un M2/A15 CPU’larında ortaya çıkan yeni bir spekülatif yürütme saldırısıdır.
• Load Address Predictor (LAP) üzerinden, bellek erişim kalıplarına dayanarak bir sonraki bellek adresi tahmin edilip performans artırılır.
• Tahmin yanlış olduğunda CPU, erişmemesi gereken verileri spekülatif yürütme kapsamında işleyerek bir güvenlik riski doğurur.
• Gerçek bir örnek olarak, Safari web tarayıcısında uzaktaki bir saldırganın e-posta içeriğini ve gezinme davranışını geri çıkarabildiği bir saldırı gösterildi.

FLOP: Yanlış yükleme çıktısı tahminleri (False Load Output Predictions)

• FLOP saldırısı, Apple M3/A17 CPU’larında veri bağımlılıklarının tahmin edilmesiyle ortaya çıkan başka bir spekülatif yürütme saldırısıdır.
• Load Value Predictor (LVP) üzerinden, bellek alt sisteminin döndüreceği veri değeri tahmin edilerek performans artırılır.
• Tahmin yanlış olduğunda, bellek güvenliği için program mantığındaki kritik kontroller atlatılabilir ve bellekte tutulan sırların sızdırılmasına imkân veren bir saldırı yüzeyi açılır.
• Safari ve Chrome web tarayıcılarında konum geçmişi, takvim etkinlikleri, kredi kartı bilgileri gibi verileri geri çıkaran saldırılar gösterildi.

Demo

• Proton Mail gelen kutusu verisi sızıntısı: M3 CPU’nun LVP’si, WebKit içindeki JavaScript koduyla eğitilerek gelen kutusu içeriği adres alanına getiriliyor.
• Muhteşem Gatsby’yi okumak: Apple M2 CPU’da LAP kullanılarak gizli bir dizenin geri çıkarıldığı bir kavram kanıtı gösterimi.
• Harry Potter’ı okumak: Apple M3 CPU’da LVP kullanılarak yanlış dizi indeksi tahmin ediliyor ve dizgedeki karakterlere başvuruluyor; bu da bir kavram kanıtı gösterimi olarak sunuluyor.

Araştırmacılar

• Jason Kim, Jalen Chuang, Daniel Genkin (Georgia Institute of Technology)
• Yuval Yarom (Ruhr University Bochum)

SLAP ve FLOP SSS

Apple cihazım etkileniyor mu?

• Mac dizüstü bilgisayarlar: 2022’den sonra piyasaya çıkan tüm modeller (MacBook Air, MacBook Pro)
• Mac masaüstü bilgisayarlar: 2023’ten sonra piyasaya çıkan tüm modeller (Mac Mini, iMac, Mac Studio, Mac Pro)
• iPad: Eylül 2021’den sonra piyasaya çıkan tüm iPad Pro, Air, Mini modelleri
  • Pro 6. ve 7. nesil, Air 6. nesil, Mini 6. nesil
• iPhone: Eylül 2021’den sonra piyasaya çıkan tüm modeller
  • Tüm iPhone 13, 14, 15, 16 modelleri ve 3. nesil SE

SLAP ve FLOP saldırıları neden önemli?

• Koruma mekanizması: Normalde web tarayıcıları, açık iki web sayfasını birbirinden izole ederek bir sayfanın diğerinin içeriğini okuyamamasını sağlar
• Zafiyet: SLAP ve FLOP bu korumayı etkisiz hâle getirerek saldırgan sayfanın hedef sayfadaki hassas verileri okuyabilmesini sağlar
  • Açığa çıkabilecek veriler: konum geçmişi, kredi kartı bilgileri vb.

SLAP ve FLOP’a karşı nasıl korunabilirim?

• FLOP için hafifletme yöntemleri var, ancak bunlar yazılım üreticilerinin yama yayınlamasını gerektiriyor; kullanıcıların bunu doğrudan çözmesi mümkün değil
• Apple, bu sorunu gelecekteki güvenlik güncellemelerinde çözeceğini belirtti; otomatik güncellemeleri etkinleştirmek ve en güncel OS ile uygulamaları kullanmak önemli

Diğer işlemci üreticilerinde durum ne?

• Intel, AMD, Qualcomm, Ampere gibi ürünlerde henüz SLAP veya FLOP belirtisi bulunmadı

Diğer web tarayıcıları ne durumda?

• Firefox gibi diğer tarayıcılar test edilmedi

Cihazımda birinin SLAP veya FLOP kullandığını tespit edebilir miyim?

• SLAP ve FLOP, mikro mimari tabanlı saldırılar olduğu için sistem günlüklerinde iz bırakmaz

Gerçek dünyada kötü niyetli aktörler SLAP veya FLOP’u kullanıyor mu?

• Şu ana kadar SLAP veya FLOP’un fiilen kullanıldığına dair bir kanıt yok

Apple’a ne zaman bildirdiniz?

• SLAP: 24 Mayıs 2024’te Apple’a bildirildi
• FLOP: 3 Eylül 2024’te Apple’a bildirildi

Teknik sorular

Side Channel nedir?

• Bilgisayar donanımı uygulamasındaki zafiyetleri kötüye kullanan saldırı
  • Yazılım hataları yerine, donanım davranışından kaynaklanan bilgi sızıntıları kullanılır
• Veri sızıntısı yolları
  • Ses, elektromanyetik dalga, ısı yayılımı gibi fiziksel olgular
  • CPU’nun paylaşılan kaynaklarında (çekirdek, önbellek, iç tamponlar vb.) ortaya çıkan çekişme (contention)
• CPU çekişmesinden kaynaklanan bilgi sızıntısı
  • Zaman ölçümü, güç tüketimi gibi dolaylı değişkenler üzerinden hedefin davranış kalıpları çıkarımlanabilir

Speculative Execution saldırısı nedir?

• Speculative Execution: CPU’nun kontrol akışını tahmin ederek komutları önceden yürüttüğü bir optimizasyon tekniği
  • Tahmin yanlışsa durum geri alınır, ancak önbellek gibi ince izler kalır
• Spectre saldırısı
  • Yanlış akış yönünde tahmine dayalı yürütme tetiklenir
  • Tahmine dayalı yürütme sırasında hassas veriyi kullanan komutlar çalışırsa, veri değeri dolaylı olarak açığa çıkabilir
• SLAP ve FLOP’taki genişleme
  • Apple CPU’ları yalnızca kontrol akışını değil, veri akışını da tahmin eder
  • FLOP, yanlış veri değerleriyle komutların yürütülmesine yol açar

SLAP nasıl çalışır?

1. Load Address Prediction (LAP) analizi
   • Belirli bellek adresi kalıpları öğretilirse, LAP bir sonraki adresi tahmin ederek veri işlemlerini yürütür
   • Donanımsal prefetching’den farklı olarak, tahmin edilen veriyle komut yürütülür
2. Safari zafiyetinden yararlanma
   • iLeakage’in ortaya çıkardığı Safari’deki izolasyon sorununa dayanarak, farklı web sayfalarının aynı süreçte işlenmesi zorlanır
   • Saldırgan web sayfası, hedef web sayfasındaki dizge verisine erişir

FLOP nasıl çalışır?

1. Load Value Prediction (LVP) analizi
   • Aynı veri değeri tekrar tekrar döndürülürse, LVP sonucu tahmin eder
   • Yanlış bellek değeri kullanılarak komut yürütülür
2. Safari ve Chrome saldırıları
   • Safari: JavaScript veri yapılarının tür bilgisi tahmin edilerek yanlış veri yapısıyla komut yürütülür
   • Chrome: WebAssembly işlev çağrılarında yanlış argümanlar nedeniyle bellek okuma hatası oluşur

SLAP ile FLOP arasındaki farklar

• SLAP: Load Address Predictor (LAP) kullanarak dizge tahsislerinin yakınlığını kötüye kullanır
• FLOP: Load Value Predictor (LVP) kullanarak veri bütünlüğü kontrollerini atlatır
• LAP vs LVP
  • LAP: Bir sonraki bellek adresini tahmin eder
  • LVP: Bir sonraki bellek değerinin dönüşünü tahmin eder
  • LAP uzun bir eğitim süreci gerektirir, ancak kalıp tahmini mümkündür

JavaScript ve WebAssembly nedir?

• JavaScript: Web içeriğini dinamik olarak güncelleyen bir dil
• WebAssembly: Yüksek performanslı web uygulamaları için kullanılan, JavaScript ile birlikte çalışan bir dil
• Saldırının etkisi
  • Her iki dil de tarayıcıda otomatik olarak çalıştığı için, kötü amaçlı kod indirilmeden de saldırı mümkün olabilir

Neden hedef olarak Safari ve Chrome seçildi?

• Safari:
  • Site Isolation olmadığı için, farklı alan adlarındaki web sayfaları aynı süreçte çalışabilir
  • LAP ve LVP tabanlı saldırı yüzeyi genişler
• Chrome:
  • Site Isolation uygulanmış olsa da, bazı durumlarda aynı sitenin alt alan adları tek bir süreçte işlenir
  • LAP ve LVP saldırıları hâlâ mümkün olabilir

Araştırma desteği

• Bu araştırma AFOSR, Alfred P Sloan Research Fellowship, ARC Discovery Project, DARPA, DFG, Qualcomm, Cisco ve Zama tarafından desteklendi.

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• SLAP demosu, savunmada derinliğin bir açığın pratikte sömürülüp sömürülemeyeceğini nasıl belirleyebildiğini iyi gösteriyor. Safari’deki açık, window.open çağrısı sırasında yeni pencereyi ayrı bir süreçte izole edemediği için ortaya çıkıyor

• M3’te LVP’nin varlığının tersine mühendislikle ortaya çıkarılması ilginç. 8 baytlık yüklemede, yalnızca yüklenen değer 0 olduğunda LVP etkinleşiyor. Bu, bellek güvenliği için alınmış bir önlem olabilir

• Spectre ve Meltdown saldırıları ile ilgili makaleler ve bağlantılı çalışmalar, bunlarla ilk kez karşılaşanlar için okumaya değer

• Safari’de önbellek isabeti ile ıskayı ayırt etmek için NOT kapısı tabanlı önbellek yükseltme ilkesi kullanılıyor. Web ortamında bile önbellek isabeti ve ıskası ayırt edilebiliyor

• Chrome’un site izolasyonunun kusursuz bir hafifletme olmadığını gösteriyor. Aynı sitenin iki alt alan adının tek bir süreçte birleştirilebildiği köşe durumları var

• Donanım açıklarını duyurmak için kullanılan pazarlama kültürü tuhaf geliyor. Neden açığı basitçe bildirip makale yayımlamak yerine özel alan adları, logolar, SSS’ler vb. hazırlanıyor diye merak ediyorum

• Geçen yıl Intro to Cyber Security dersinde Profesör Daniel Genkin ile tanıştım. Apple CPU’larına yönelik spekülatif saldırılar üzerinde çalıştığını söylemişti. Güvenliğin neredeyse hiç garanti olmadığını anlamamı sağladı

• Güvenilmeyen sitelerde varsayılan olarak js’yi devre dışı bırakma eğilimindeyim. Sonuçta bu, makinemizde çalıştırdığımız bir başkasının programı

• Apple kısa süre önce macOS ve iOS için güvenlik düzeltmeleri içeren küçük sürüm güncellemeleri yayımladı. Bunun bu açığı giderip gidermediğini kontrol eden biri var mı merak ediyorum

• Görünüşe göre RUB, ileri düzey saldırı güvenliği araştırmalarının küresel merkezi haline geldi. 10 yıl önce buna dikkat etmediğim için mi böyle geliyor, yoksa gerçekten yeni bir olgu mu merak ediyorum