Des chercheurs de l’Université de Toronto ont révélé une nouvelle attaque baptisée GPUThor, qui exploite la technique Rowhammer pour provoquer des inversions de bits dans la mémoire de certaines cartes NVIDIA, malgré l’activation de la protection de correction d’erreurs ECC. Les chercheurs ont montré que l’attaque pouvait entraîner un déni de service et, dans un scénario précis, corrompre les tables de pages de la mémoire du GPU, permettant à un programme CUDA non privilégié d’accéder à une mémoire arbitraire et d’ouvrir une session avec les privilèges root sur le système hôte, selon les résultats de l’article de recherche.
Qu’est-ce qui distingue GPUThor ?
Les attaques Rowhammer reposent sur l’accès répété à des rangées de mémoire afin d’augmenter la probabilité de modifier l’état des bits dans les rangées voisines. Les chercheurs ont modifié le schéma d’accès de GPUThor pour le rendre irrégulier, de manière à éviter l’activation du mécanisme Target Row Refresh, ou TRR, dans la mémoire GDDR6. Cette modification s’appuie sur deux comportements non documentés des unités GPU concernant la fusion des requêtes mémoire et la fréquence d’activation de TRR.
L’attaque a été testée sur des cartes NVIDIA de la gamme Ampere équipées de mémoire GDDR6 : RTX A4000, RTX A4500, RTX A5000 et RTX A6000. Selon les chercheurs, la nouvelle méthode a produit jusqu’à 6,6 fois plus d’activations des rangées mémoire ciblées que les approches précédentes et a enregistré entre 72 000 et 377 000 inversions de bits par gigaoctet lorsque l’ECC était désactivée. Ces résultats représentent une augmentation comprise entre 4 548 et 23 597 fois par rapport à l’attaque GPUHammer précédente, se rapprochant des taux des attaques Rowhammer puissantes contre les processeurs centraux.
Pourquoi l’ECC ne suffit-elle pas à elle seule ?
NVIDIA utilise le mécanisme SECDED ECC pour corriger les erreurs d’un seul bit et détecter les erreurs de deux bits dans les blocs de mémoire surveillés. Cependant, les chercheurs ont enregistré, avec l’ECC activée, environ 387 erreurs doubles, que le mécanisme peut détecter sans les corriger, ainsi que deux erreurs triples dont l’étude indique que l’ECC les a corrigées de manière incorrecte, ce qui a entraîné une corruption des données.
Selon les taux de GPUThor, il pourrait être possible de trouver une inversion de bit exploitable en environ 1,1 minute, contre environ 21,9 heures avec GPUHammer. Cette différence constitue le cœur de l’importance de la recherche : la protection existante n’élimine pas le risque lorsque les erreurs passent du domaine du bit unique à des schémas impliquant plusieurs bits.
Désactivation de la carte et élévation de privilèges
Les chercheurs ont montré que GPUThor pouvait placer une carte RTX A6000 équipée d’ECC dans un état de déni de service, la carte redémarrant alors toutes les deux heures et mettant fin aux charges de travail. Après des répétitions de l’attaque sur la même carte, celle-ci pourrait finalement être considérée comme nécessitant un remplacement.
Le scénario le plus dangereux concerne la corruption des tables de pages du GPU. Les chercheurs affirment que cela pourrait donner à un programme CUDA non privilégié la possibilité d’accéder arbitrairement à la mémoire et d’ouvrir un shell avec les privilèges root sur le système hôte. Ils ont également indiqué qu’une élévation de privilèges pourrait rester possible sur les cartes Ampere destinées aux serveurs, notamment l’A100, en raison de leur recours au niveau SECDED de l’ECC, même en présence de restrictions limitant certains effets de déni de service.
Qu’est-ce qui change en pratique ?
Les chercheurs ont informé NVIDIA des résultats le 29 avril, et l’entreprise a publié le 21 août des recommandations visant à atténuer le risque. NVIDIA recommande d’activer SYS-ECC et l’isolation IOMMU/DMA, de surveiller les données relatives aux erreurs du GPU et de limiter le partage ou l’exécution de charges de travail non fiables. Selon l’entreprise, la vulnérabilité varie également en fonction du type de DRAM, de la technologie mémoire, de la conception de la plateforme, des mécanismes de protection intégrés à la mémoire et des paramètres du système.
Aucune inversion de bit n’a été observée dans les mêmes tests sur des modules GDDR6X ou HBM2e, mais les chercheurs avertissent que les modules HBM3/e et GDDR7 dotés d’un ECC intégré pourraient également être exposés si des inversions de plusieurs bits pouvaient être générées. L’étude recommande d’éviter, lorsque cela est possible, le partage d’un GPU entre locataires, de surveiller les compteurs d’erreurs ECC et de limiter les charges CUDA non fiables. Selon les chercheurs, une protection complète dépend encore du développement d’un ECC plus robuste contre les erreurs sur plusieurs bits et de défenses matérielles supplémentaires.