В Intel Coffee Lake и любых AMD Zen нашлась новая уязвимость класса Spectre, а патч бьёт по производительности

Схемы атак по сторонним каналам на процессоры, как оказалось, ещё не исчерпали себя: учёные Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) обнаружили ещё одну уязвимость спекулятивного выполнения, основанную на известной ещё с 2018 года проблеме Spectre. Она затрагивает процессоры AMD Zen всех поколений, а также чипы Intel Coffee Lake, и позволяет нарушать границы виртуализации.

Источник изображения: JESHOOTS / unsplash.com

Схему атаки, использующую уязвимость VMSCAPE (CVE-2025-40300), охарактеризовали как первый эксплойт на основе Spectre, открывающий злоумышленнику в облачной виртуальной машине доступ к закрытым данным из гипервизора — при этом не нужно вносить изменения в код и стандартные настройки системы. Ключевым компонентом облачных вычислений являются средства виртуализации, которые безопасно разделяют физические ресурсы на виртуальные, управление которыми осуществляет гипервизор.

Целями атаки VMSCAPE являются гипервизор KVM (Kernel-based Virtual Machine) и его клиентская часть QEMU (Quick Emulator). В системах на чипах AMD Zen 4 атака VMSCAPE обеспечивает утечку памяти процесса QEMU со скоростью 32 бит/с. Это позволяет, к примеру, за 772 секунды извлечь ключ шифрования диска, указывают исследователи. Уязвимости подвержены процессоры AMD Zen с первого по пятое поколений, а также выпущенные в 2017 году Intel Coffee Lake. Решить проблему на аппаратном уровне невозможно, поэтому она решается в Linux программными средствами, но это влечёт снижение производительности.

Учёные из ETH Zurich изучили, как процессоры AMD и Intel обрабатывают разделение хоста и гостевой системы, и обнаружили, что для чипов AMD Zen и для Intel Coffee Lake защита недостаточно надёжна. Как выяснилось, буфер предсказания ветвлений (BTB), помогающий прогнозировать последующие инструкции до их появления в коде, чтобы повысить производительность, осуществляет эти операции для хоста и гостевой системы вперемешку, и гипотетический злоумышленник может этим воспользоваться. Чтобы продемонстрировать такую возможность, была разработана техника атаки vBTI (virtualization Branch Target Injection или «виртуальная инъекция цели ветвления»).

Источник изображения: Ryan / unsplash.com

В AMD заявили, что компания признает факт наличия уязвимости, но исправит её только на программном уровне. Представитель Intel заявил: «Для решения этой проблемы можно использовать существующие средства защиты процессоров Intel. Ранее Intel публиковала руководства по защите от атак инъекции цели ветвления (BTI), инъекции истории ветвлений (BHI) и выбора косвенной цели (ITS), и инженеры Intel сотрудничают с разработчиками Linux, чтобы гарантировать, что соответствующие средства защиты от этих уязвимостей, описанные в руководствах, будут развёрнуты в гипервизоре в пользовательском пространстве Linux. Как ожидается, средства защиты будут доступны к дате публикации VMSCAPE, а CVE для этой уязвимости будет назначена Linux». Далее патч для ядра Linux будет портирован на различные дистрибутивы системы.

Авторы исследования разработали механизм защиты от атаки VMSCAPE — он получил название IBPB-on-VMExit. Разработчики Linux оптимизировали его и переименовали в «IBPB before exit to userspace». Этот механизм снижает производительность машины — величина издержек зависит от интенсивности нагрузки и частоты перехода процессора из виртуальной системы в основную. В виртуальных машинах могут работать эмулируемые или виртуализованные устройства — в первом случае виртуальная машина чаще обращается к хосту, и производительность системы с установленным механизмом защиты будет снижаться сильнее. Для эмулируемых устройств просадка может составить до 10 %, указывают исследователи, хотя в случае процессоров AMD Zen 4 она ограничивается лишь 1 %. Средство защиты для Linux будет работать на всех системах, включая последние AMD Zen 5 и даже чипы Intel Lunar Lake и Granite Rapids, на которых схема атаки VMSCAPE не работает.