Google gab bekannt, dass Forschende in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich speziell entwickelte Angriffsmuster entwickelt haben, die die verbesserten Abwehrmechanismen von Target Row Refresh (TRR) in DDR5-Speicher umgehen. Diese Forschung ermöglichte den ersten Rowhammer-Exploit zur Rechteausweitung auf einem standardmäßigen, für den Produktiveinsatz bestimmten Desktop-System mit DDR5-Speicher – in einem Experiment mit einem modernen AMD-Zen-Prozessor und DDR5-Speicher von SK Hynix.
Die Ergebnisse wurden in einer gemeinsamen Forschungsarbeit mit dem Titel „Phoenix: Rowhammer Attacks on DDR5 with Self-Correcting Synchronization“ veröffentlicht. Google erklärte, dass weiterhin geprüft werde, inwieweit die Ergebnisse auf andere Hardwarekonfigurationen übertragbar sind. Die Arbeit soll auf der Konferenz IEEE Security & Privacy 2026 in San Francisco vom 18. bis 21. Mai 2026 vorgestellt werden.
Wie funktioniert Rowhammer?
Rowhammer nutzt eine Schwachstelle in DRAM-Speicherzellen aus, die Daten in Form elektrischer Ladungen speichern, welche mit der Zeit abfließen. Das System aktualisiert die Zellen regelmäßig, um Datenverlust zu verhindern. Wird eine Zelle jedoch vor dem Aktualisierungszyklus entladen, kann sich das darin gespeicherte Bit ändern.
Durch wiederholten Zugriff auf eine Speicherzeile kann ein Angreifer Änderungen an Bits in benachbarten Zeilen verursachen. Diese Änderungen können dazu genutzt werden, Daten zu beschädigen, Speicherseiten zu beeinflussen, die von anderen Anwendungen oder dem Betriebssystem zugewiesen wurden, sensible Daten anzugreifen, um Rechte auszuweiten, oder eine Dienstverweigerung zu verursachen. Der Schutz vor dieser Art von Angriffen gewinnt in Umgebungen mit mandantenfähiger Isolation, etwa Cloud-Infrastrukturen, zunehmend an Bedeutung.
Vorhandene, aber umgehbare Abwehrmechanismen
Speichersysteme verwenden Mechanismen wie ECC und TRR, um die Risiken von Rowhammer zu begrenzen. TRR überwacht Zugriffe auf eine begrenzte Anzahl von Zeilen in der Nähe einer Zielzeile und fordert eine Aktualisierung der betroffenen Zeile an, sobald die Zahl der Zugriffe einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Dieser Mechanismus kann in den DRAM-Chip oder in den Hostprozessor integriert werden.
Dieser Schutz ist jedoch nicht endgültig. Der TRRespass-Angriff zeigte, dass sich TRR durch gleichzeitige Zugriffe auf mehrere nicht benachbarte Zeilen umgehen lässt, während spätere Angriffe wie Half-Double und Blacksmith effizientere Zugriffsmuster einführten. Außerdem unterstützen aktuelle DDR5-Systeme PRAC oder vergleichbare starke Schutzmechanismen noch nicht und sind daher auf probabilistische Verfahren wie ECC und verbessertes TRR angewiesen.
Open-Source-Testplattformen
Um die Analyse dieser Abwehrmechanismen zu erleichtern, arbeitete Google mit Antmicro an der Entwicklung zweier spezialisierter Open-Source-Plattformen auf FPGA-Basis zur Prüfung von DDR5-Modulen:
- DDR5-RDIMM-Plattform: Eine Testplatine, die die Anforderungen registrierter RDIMM-Speicher erfüllt, wie sie in Rechenservern üblich sind.
- SO-DIMM-Plattform: Eine Version mit Unterstützung für den Standardanschluss von DDR5-Modulen, die in Workstations und Endgeräten verwendet werden.
Antmicro entwarf und fertigte die beiden Plattformen. Anschließend arbeitete Google mit dem Unternehmen und Forschenden der ETH Zürich zusammen, um ihre Fähigkeit zur Analyse kommerziell erhältlicher Speichermodule in den Formaten RDIMM und SO-DIMM zu testen. Die Untersuchung der internen TRR-Mechanismen erfordert Reverse Engineering proprietärer Verfahren, die sich je nach Hersteller und Modell unterscheiden, sowie das Senden präziser DDR-Befehle und die Analyse der Antworten. Diese Aufgaben lassen sich auf herkömmlichen kommerziellen Systemen nur schwer ausführen.
Der weitere Weg
Google kommt zu dem Schluss, dass die derzeitigen Schutzmaßnahmen die Durchführung von Angriffen erschweren, sie jedoch nicht verhindern, da ein Angreifer ein tiefgehendes Verständnis der Struktur des angegriffenen Speichersubsystems benötigt. Das Unternehmen ist der Ansicht, dass ECC ursprünglich nicht als Sicherheitsmechanismus entwickelt wurde und dass Speicherverschlüsselung ohne kryptografische Integrität keinen wirksamen Schutz gegen Rowhammer bietet.
Google unterstützt den von JEDEC verabschiedeten PRAC-Standard, der in künftigen Versionen von DDR5 und LPDDR6 unterstützt werden soll. Der Standard zählt die Aktivierungen einer DRAM-Wortleitung präzise und alarmiert das System, sobald eine übermäßige Anzahl von Aktivierungen festgestellt wird. Bis dieser Schutz verfügbar ist, bewertet Google weiterhin andere Verfahren und arbeitet mit akademischen und industriellen Partnern zusammen, um Testplattformen und Analysetechniken zu verbessern.