Исследователи из Университета Торонто раскрыли новую атаку под названием GPUThor, которая использует технику Rowhammer для инверсии битов в памяти некоторых видеокарт NVIDIA, несмотря на включённую защиту коррекции ошибок ECC. Исследователи показали, что атака может привести к отказу в обслуживании, а в определённом сценарии — повредить таблицы страниц памяти GPU, что позволит непривилегированной программе CUDA получить доступ к произвольным участкам памяти и открыть сессию с привилегиями root в хост-системе, согласно результатам исследовательской работы.
Что отличает GPUThor?
Атаки Rowhammer основаны на многократном обращении к строкам памяти, чтобы повысить вероятность изменения состояния битов в соседних строках. Исследователи изменили шаблон обращений в GPUThor, сделав его нерегулярным, чтобы обходить механизм Target Row Refresh, или TRR, в памяти GDDR6. Эта модификация основана на двух недокументированных особенностях GPU, связанных с объединением запросов к памяти и частотой активации TRR.
Атака была протестирована на видеокартах NVIDIA семейства Ampere с памятью GDDR6: RTX A4000, RTX A4500, RTX A5000 и RTX A6000. По словам исследователей, новый метод обеспечил до 6,6 раза больше активаций атакуемых строк памяти по сравнению с предыдущими подходами и показал от 72 000 до 377 000 инверсий битов на гигабайт при отключённой ECC. Эти результаты означают увеличение от 4 548 до 23 597 раз по сравнению с предыдущей атакой GPUHammer и приближаются к показателям мощных атак Rowhammer на центральные процессоры.
Почему одной ECC недостаточно?
NVIDIA использует механизм SECDED ECC для исправления однобитовых ошибок и обнаружения двухбитовых ошибок внутри контролируемых блоков памяти. Однако исследователи зафиксировали при включённой ECC около 387 двухбитовых ошибок — таких ошибок механизм способен обнаружить, но не исправить, — а также две трёхбитовые ошибки, которые, согласно исследованию, ECC исправила некорректно, что привело к повреждению данных.
Согласно показателям GPUThor, обнаружение пригодной для эксплуатации инверсии бита может стать возможным примерно за 1,1 минуты по сравнению примерно с 21,9 часа для GPUHammer. Именно в этом заключается ключевое значение исследования: существующая защита не устраняет угрозу, когда ошибки переходят от однобитовых к многобитовым шаблонам.
Отключение видеокарты и повышение привилегий
Исследователи показали, что GPUThor способен перевести видеокарту RTX A6000 с ECC в состояние отказа в обслуживании: видеокарта перезапускается каждые два часа и завершает рабочие нагрузки. После повторения атаки на ту же видеокарту она в конечном итоге может быть классифицирована как требующая замены.
Наиболее опасный сценарий связан с повреждением таблиц страниц GPU. Исследователи утверждают, что это может предоставить непривилегированной программе CUDA возможность произвольного доступа к памяти и открыть shell с привилегиями root в хост-системе. Они также отметили, что повышение привилегий может оставаться возможным на серверных картах Ampere, включая A100, из-за использования ими уровня SECDED ECC, даже при наличии ограничений, снижающих некоторые последствия отказа в обслуживании.
Что меняется на практике?
Исследователи сообщили NVIDIA о результатах 29 апреля, а 21 августа компания опубликовала рекомендации по снижению риска. NVIDIA рекомендует включить SYS-ECC и изоляцию IOMMU/DMA, отслеживать данные об ошибках GPU, а также ограничить совместное использование или выполнение ненадёжных рабочих нагрузок. По данным компании, восприимчивость также зависит от типа DRAM, технологии памяти, конструкции платформы, механизмов защиты внутри памяти и настроек системы.
В ходе самих испытаний инверсий битов на модулях GDDR6X или HBM2e обнаружено не было, однако исследователи предупреждают, что модули HBM3/e и GDDR7 со встроенной в кристалл ECC также могут быть уязвимы, если удастся вызвать многобитовые инверсии. Исследование рекомендует по возможности избегать совместного использования GPU между арендаторами, отслеживать счётчики ошибок ECC и ограничивать ненадёжные нагрузки CUDA. По словам исследователей, полноценная защита по-прежнему зависит от разработки более мощной ECC для многобитовых ошибок и дополнительных аппаратных механизмов защиты.