0x00 漏洞情况

2018年1月4日，Jann Horn等安全研究者披露了"Meltdown"(CVE-2017-5754)和"Spectre"(CVE-2017-5753 & CVE-2017-5715)两组CPU特性漏洞。
据悉，漏洞会造成CPU运作机制上的信息泄露，低权级的攻击者可以通过漏洞来远程泄露(浏览器形式)用户信息或本地泄露更高权级的内存信息。
现代 CPU 访问高速缓冲存储器的一个主要缺陷:允许一个程序访问另一个程序中 的数据。处理器（CPU）的运作机制中存在两个用于加速执行的特性，推测执行 （Speculative Execution）和间接分支预测（Indirect Branch Prediction)。 最新的安全漏洞影响到当今大多数的操作系统。这些漏洞被命名为幽灵和崩溃 (Spectre and Meltdown)，目前也有一个专门的网站介绍这些漏洞的相关情况 （https://meltdownattack.com）。

0x01 漏洞影响范围

本次安全事件影响到的范围很广

• 影响处理器芯片
  • 英特尔、ARM、AMD
  • 操作系统：Windows、Linux、macOS、Android
  • 云计算服务提供商：亚马逊、微软、谷歌、腾讯云等
• 因为此次CPU漏洞的特殊性，包括Linux, Windows, OSX等在内的操作系统平台参与了修复；
• Firefox, Chrome, Edge等浏览器也发布了相关的安全公告和缓解方案；
  漏洞编号
• Meltdown
  - CVE-2017-5754
• Spectre漏洞
  - CVE-2017-5715
  - CVE-2017-5753

0x02 漏洞危害

实际攻击场景中，攻击者在一定条件下可以做到，

• 泄露出本地操作系统底层运作信息，秘钥信息等;
• 通过获取泄露的信息，可以绕过内核(Kernel), 虚拟机超级管理器(HyperVisor)的隔离防护;
• 云服务中，可以泄露到其它租户隐私信息；
• 通过浏览器泄露受害者的帐号，密码，内容，邮箱, cookie等用户隐私信息；
  经过评估，"Meltdown"和"Spectre"漏洞影响严重，修复流程较复杂，漏洞补丁可能会导致电脑/服务器性能下降！

0x03漏洞分析

• 引用http://mp.weixin.qq.com/s/AiGx4osvy8Wnh6vyIWJgpg

0x01CPU缓存验证缺陷

分支预测[6]和乱序执行[7]，是一种CPU优化技术，CPU会执行一些可能在将来会执行的任务。当分支指令发出之后，无相关优化技术的处理器，在未收到正确的反馈信息之前，是不会做任何处理；而具有优化技术能力的新型处理器，可以预测即将执行的指令，会预先处理一些指令所需的数据，例如将下一条指令所需要访问的内存提前加载到CPU缓存中，这就避免了执行具体指令时再去读内存，从而加快了CPU的执行速度，具体流程如下所示：

图 1 CPU 优化执行

图 1 CPU 优化执行

指令3如果出现问题（如指令3是一个除0或者是一个非法的操作），会触发CPU的异常处理，具体情况如下

33.png

图 3 CPU数据访问权限和地址合法性检查

如上图所示CPU缓存的这个过程对于用户是不可访问的，只有将具体的数据放到CPU的寄存器中用户才可操作，同时用户态程序也没有权限访问内核内存中的数据，因此CPU采用这种逻辑是没有问题的，但是如果有方法可以让我们得到CPU缓存中的数据，那么这种逻辑就存在缺陷。

0x02边信道攻击缓存

CPU缓存通常在较小和较快的内部存储中缓存常用数据，从而隐藏慢速内存访问的延迟，缓存侧信道攻击正是利用CPU缓存与系统内存的读取的时间差异，从而变相猜测出CPU缓存中的数据，结合前边的缓存缺陷部分内容，产生如下的结果：

2018010615205217651.jpg

注：简单来说，就是CPU缓存中的数据，在用户态和内核态都是无法正常访问的，除非当CPU缓存中的数据保存到寄存器中时，会被正常的读取；除此之外，是可以通过边信道的方式读取CPU的缓存的。

基于如上介绍的漏洞原理信息，通过CPU缓存验证缺陷，并利用边信道攻击技术可猜测CPU缓存中的数据，继而访问主机的完整内存数据，造成用户敏感信息泄露。

0x04相关POC和漏洞验证&修复验证

0x04.1漏洞验证

0x04.1.1 Linux检测

• 1 验证

$ git clone https://github.com/raphaelsc/Am-I-affected-by-Meltdown.git
$ cd ./Am-I-affected-by-Meltdown
$ make
$ ./meltdown-checker 

如出现提示：

image.png

System affected! Please consider upgrading your kernel to one that is patched with KAISER
表示存在风险，需要修复.

• 2另一个验证脚本

$ git clone https://github.com/paboldin/meltdown-exploit
$ make
$ ./run.sh

image.png

显示VULNERABLE，存在风险。

0x04.1.2 Windows检测

• 验证

  SpecuCheck
  https://github.com/ionescu007/SpecuCheck/releases（32/64位）
  https://github.com/gentilkiwi/spectre_meltdown（64位）

image.png

image.png

完整显示字符串：

The Magic Words are Squeamish Ossifrage.存在风险。

0x05 修复后验证

0x05.1Linux

我使用的ubuntu
参考
https://wiki.ubuntu.com/Security/Upgrades
https://insights.ubuntu.com/2018/01/04/ubuntu-updates-for-the-meltdown-spectre-vulnerabilities/

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get dist-upgrade

• 修复前

  
  
  image.png

• 修复后

  
  
  image.png

• 验证状态
  表示以及不存在问题了

  
  
  image.png

0x05.1Windows

-修复前

image.png

• 打完操作系统补丁后，再运行可看到缓解措施开启情况：

image

0x06 处置措施

目前，操作系统厂商已经发布补丁更新，如Linux, Apple和Android，微软也已发布补丁更新。
"Meltdown"和"Spectre"漏洞修复流程相对复杂，可能会有部分软件不兼容问题（如杀毒软件等）。
具体评估和修复工作，可以参考相关厂商的安全公告。
修复补丁可以参考

• http://www.cnvd.org.cn/webinfo/show/4359

• Intel

  • https://newsroom.intel.com/news/intel-responds-to-security-research-findings/
  • https://security-center.intel.com/advisory.aspx?intelid=INTEL-SA-00088&languageid=en-fr

• Microsoft

  • https://portal.msrc.microsoft.com/en-US/security-guidance/advisory/ADV180002

• Amazon

  • https://aws.amazon.com/de/security/security-bulletins/AWS-2018-013/

• ARM

  • https://developer.arm.com/support/security-update

• Google

  • https://googleprojectzero.blogspot.co.at/2018/01/reading-privileged-memory-with-side.html
  • https://www.chromium.org/Home/chromium-security/ssca

• MITRE

  • http://www.cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=2017-5715
  • http://www.cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=2017-5753
  • http://www.cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=2017-5754

• Red Hat

  • https://access.redhat.com/security/vulnerabilities/speculativeexecution

• Xen

  • http://xenbits.xen.org/xsa/advisory-254.html

• Mozilla

  • https://blog.mozilla.org/security/2018/01/03/mitigations-landing-new-class-timing-attack/

• VMware

  • https://www.vmware.com/us/security/advisories/VMSA-2018-0002.html

• Linux：

  • http://appleinsider.com/articles/18/01/03/apple-has-already-partially-implemented-fix-in-macos-for-kpti-intel-cpu-security-flaw

• Android：

  • https://source.android.com/security/bulletin/2018-01-01