Pesquisadores da Universidade de Toronto revelaram um novo ataque chamado GPUThor, que explora a técnica Rowhammer para provocar inversões de bits na memória de algumas placas NVIDIA, mesmo com a proteção de correção de erros ECC ativada. Os pesquisadores demonstraram que o ataque pode causar uma condição de negação de serviço e, em um cenário específico, corromper tabelas de páginas da memória da GPU, permitindo que um programa CUDA sem privilégios acesse memória arbitrária e abra uma sessão com privilégios root no sistema hospedeiro, de acordo com os resultados do artigo de pesquisa.
O que diferencia o GPUThor?
Os ataques Rowhammer dependem do acesso repetido a linhas de memória para aumentar a probabilidade de alterar o estado dos bits nas linhas adjacentes. Os pesquisadores modificaram o padrão de acesso do GPUThor para torná-lo irregular, evitando a ativação do mecanismo Target Row Refresh, ou TRR, na memória GDDR6. Essa modificação baseou-se em dois comportamentos não documentados das GPUs relacionados à combinação de solicitações de memória e à frequência de ativação do TRR.
O ataque foi testado em placas NVIDIA da classe Ampere equipadas com memória GDDR6: RTX A4000, RTX A4500, RTX A5000 e RTX A6000. Segundo os pesquisadores, o novo método produziu até 6,6 vezes mais ativações das linhas de memória atacadas em comparação com trabalhos anteriores e registrou entre 72.000 e 377.000 inversões de bits por gigabyte quando a ECC estava desativada. Esses resultados representam um aumento de 4.548 a 23.597 vezes em comparação com o ataque GPUHammer anterior, aproximando-se das taxas de ataques Rowhammer poderosos contra processadores centrais.
Por que a ECC sozinha não é suficiente?
A NVIDIA utiliza o mecanismo SECDED ECC para corrigir erros de um único bit e detectar erros de dois bits dentro dos blocos de memória monitorados. No entanto, os pesquisadores registraram, com a ECC ativada, cerca de 387 erros de dois bits — erros que o mecanismo consegue detectar sem corrigi-los — além de dois erros de três bits que, segundo o estudo, a ECC corrigiu incorretamente, resultando em corrupção de dados.
De acordo com as taxas do GPUThor, pode ser possível encontrar uma inversão de bit explorável em cerca de 1,1 minuto, em comparação com aproximadamente 21,9 horas no GPUHammer. Essa mudança é o ponto central da importância da pesquisa: a proteção existente não elimina o risco quando os erros passam do domínio de um único bit para padrões de múltiplos bits.
Desativação da placa e escalada de privilégios
Os pesquisadores demonstraram que o GPUThor pode colocar uma placa RTX A6000 equipada com ECC em uma condição de negação de serviço, fazendo com que a placa reinicie a cada duas horas e encerre as cargas de trabalho. Após a repetição do ataque contra a mesma placa, ela pode acabar sendo classificada como necessitando de substituição.
O cenário mais perigoso envolve a corrupção de tabelas de páginas da GPU. Os pesquisadores afirmam que isso pode conceder a um programa CUDA sem privilégios a capacidade de acessar a memória de forma arbitrária e abrir um shell com privilégios root no sistema hospedeiro. Eles também observaram que a escalada de privilégios pode continuar sendo possível em placas Ampere destinadas a servidores, incluindo a A100, devido à dependência do nível SECDED da ECC, mesmo com a existência de limitações que reduzem alguns efeitos de negação de serviço.
O que muda na prática?
Os pesquisadores comunicaram os resultados à NVIDIA em 29 de abril, e a empresa publicou orientações para reduzir o risco em 21 de agosto. A NVIDIA recomenda ativar SYS-ECC e o isolamento de IOMMU/DMA, monitorar os dados de erros da GPU e restringir ou supervisionar a execução de cargas de trabalho não confiáveis. Segundo a empresa, a suscetibilidade também varia conforme o tipo de DRAM, a tecnologia de memória, o design da plataforma, os mecanismos de proteção dentro da memória e as configurações do sistema.
Não foram observadas inversões de bits nos próprios testes em unidades GDDR6X ou HBM2e, mas os pesquisadores alertam que unidades HBM3/e e GDDR7 equipadas com ECC no chip também podem estar vulneráveis se for possível gerar inversões de múltiplos bits. O estudo recomenda evitar o compartilhamento de uma GPU entre locatários sempre que possível, monitorar os contadores de erros da ECC e restringir cargas de trabalho CUDA não confiáveis. Segundo os pesquisadores, a proteção completa continua dependendo do desenvolvimento de uma ECC mais forte contra erros de múltiplos bits e de defesas adicionais de hardware.