Высокопроизводительные видеокарты, которые стоят от 8000 долларов и больше, зачастую используются одновременно десятками пользователей в облачных средах. Две новые атаки показали, как злоумышленник может получить полный контроль с правами суперпользователя над основной системой, используя уязвимости Rowhammer в топовых GPU от Nvidia.

От CPU к GPU: десятилетний путь Rowhammer

В 2014 году исследователи впервые показали, что многократный и быстрый доступ — так называемое «молочение» (hammering) — к модулям памяти DRAM вызывает электрические помехи, приводящие к смене битов: нули превращаются в единицы и наоборот. Годом позже другая команда доказала: если целиться в конкретные строки DRAM, где хранятся важные данные, можно повысить свои привилегии до уровня root или выйти за пределы песочницы. Обе атаки были направлены на DDR3-память.

За прошедшее десятилетие появилось множество новых вариантов Rowhammer. Они:

• затрагивают более широкий спектр типов DRAM — включая DDR3 с защитой коррекции ошибок (error correcting code), DDR4, а также с технологиями Target Row Refresh и ECC;
• применяют новые методы «молочения», например Rowhammer feng shui и RowPress, позволяющие точно бить по крошечным участкам памяти с критичными данными;
• позволяют атаковать через локальную сеть, получать root-доступ на устройствах Android, красть 2048-битные ключи шифрования;
• впервые в прошлом году начали работать с GDDR-памятью, используемой в мощных GPU от Nvidia (ОпенЭйАй (OpenAI)).

Последнее достижение подтвердило, что GDDR тоже уязвима. Однако результаты были скромными: исследователям удалось вызвать лишь восемь смен битов — это намного меньше, чем возможно на памяти CPU. Вред ограничился ухудшением работы нейросети, запущенной на атакуемой видеокарте.

The cost of high-performance GPUs, typically $8,000 or more, means they are frequently shared among dozens of users in cloud environments. Two new attacks demonstrate how a malicious user can gain full root control of a host machine by performing novel Rowhammer attacks on high-performance GPU cards made by Nvidia.

The attacks exploit memory hardware’s increasing susceptibility to bit flips, in which 0s stored in memory switch to 1s and vice versa. In2014, researchers first demonstrated that repeated, rapid access—or “hammering”—of memory hardware known asDRAMcreates electrical disturbances that flip bits. Ayear later, a different research team showed that by targeting specific DRAM rows storing sensitive data, an attacker could exploit the phenomenon to escalate an unprivileged user to root or evade security sandbox protections. Both attacks targeted DDR3 generations of DRAM.

From CPU to GPU: Rowhammer’s decade-long journey

Over the past decade, dozens of newer Rowhammer attacks have evolved to, among other things:

• Target a wider range of DRAM types, such asDDR3 with error correcting codeprotections andDDR4 generations, including those withTarget Row RefreshandECC protections
• Use new hammering techniques, such asRowhammer feng shuiandRowPressthat zero in on extremely small regions of memory storing sensitive data
• Use such techniques to make attacks workover local networks,root Android devices,steal 2048-bit encryption keys
• For the first timelast year, work against GDDR DRAM used with high-performance Nvidia GPUs

The last feat proved that GDDR was susceptible to Rowhammer attacks, but the results were modest. The researchers achieved only eight bitflips, a small fraction of what has been possible on CPU DRAM, and the damage was limited to degrading the output of a neural network running on the targeted GPU.