美國時間 5 月 14 日，安全研究人員在英特爾芯片中發現了一種新的漏洞，如果利用這種漏洞，可以直接從處理器中竊取敏感信息，詳情可見鏈聞先前收錄的文章《Intel 再曝殭屍負載漏洞：直接獲取密碼、2011 年後電腦都受影響》。英特爾公司和多方研究人員表示，該漏洞暫無影響，無需恐慌。

但是，這種名爲「ZombieLoad」的漏洞究竟是什麼？這種漏洞是否會對基於 Intel SGX 的可信執行環境（TEE）系統產生影響？要知道，越來越多的區塊鏈項目正在嘗試利用基於 TEE 的技術來實現數據隱私保護。

爲了回答該問題，鏈聞邀請了提供 Layer-2 隱私計算方案的 TEEX 團隊成員撰文，一文說明該漏洞本質，以及可能產生的影響。

撰文： TEEX 團隊

什麼是 ZombieLoad？

ZombieLoad 是由包括 Intel、格拉茨技術大學、伍斯特理工學院、魯汶大學在內的多家機構發現的一種新型處理器硬件漏洞。該漏洞目前僅在 Intel 的處理器中被發現。漏洞於美國時間 5 月 14 日披露，同時 Intel 也發佈了針對該漏洞的修復補丁，包括微軟、蘋果、谷歌、亞馬遜在內的各家公司，都已經對他們提供的操作系統或雲服務進行漏洞修復。

ZombieLoad 能做什麼？

一句話來說，ZombieLoad 能夠竊取到攻擊發生時受害者正在訪問的內存內容。需要注意的是，ZombieLoad 並不能讀取攻擊者指定的某個特定內存。其能夠讀取到的內容完全取決於當前被害者訪問了哪些內存。這些內存可能是某些不重要的數據，又或者是程序代碼，攻擊者不能直接對讀到的內容進行區分。

ZombieLoad 的攻擊能力有多強？

在漏洞發現者的論文中，ZombieLoad 漏洞被定義爲一種數據採樣的方法。每次攻擊能夠從目標程序中採樣獲得 1 byte 的內容。之後需要通過各種手段從採樣數據中過濾無效數據、程序代碼等，從而獲得部分零散的目標數據。這些數據經過進一步處理分析才能夠（可能）得到完整目標數據。因此在實際攻擊過程中，攻擊者需要對目標程序運行時的所有狀態擁有深入、完整的瞭解，同時需配合如 side-channel 在內的多種其他攻擊手段。

ZombieLoad 能夠繞開進程間隔離機制，虛擬機間隔離機制以及特權級別隔離機制，竊取目標程序正在訪問的數據。

我們將 ZombieLoad 與「熔斷」漏洞進行比較。「熔斷」是近年來最廣爲人知的處理器漏洞之一，其能夠讓攻擊者在無任何特權的情況下，直接讀取任意指定的操作系統內存；而 ZombieLoad 只能作爲一種數據採樣方法，攻擊者需要深入瞭解被攻擊算法、實現方式等，同時結合大量現有攻擊手段，纔有可能進行數據竊取。因此，ZombieLoad 的攻擊難度遠高於熔斷漏洞；同時 Intel 也已經發布了修復補丁，因此對實際系統的安全影響較爲有限。

ZombieLoad 的基本原理是什麼？

在 CPU 內部，存在着諸多存儲單元，也就是大家知道的 CPU 緩存 （CPU cache）。這些緩存之間會通過一些緩存通信通道（line-fill buffer, LFB）連接。同時在 CPU 內的最末級緩存（Last-Level Cache, LLC）也通過緩存通信通道與 CPU 外部的內存連接。該通道每次能夠傳遞 64 bytes 的數據塊，通道中也會緩存有近幾次傳遞的數據塊。每個 CPU 核心（CPU core）中都有自己獨立的緩存通信通道（LFB）。此次 ZombieLoad 漏洞就是從這些通信通道中竊取數據。

在 CPU 運行的過程中，經常會發生一些異常或者錯誤。此時 CPU 會將當前正在執行的指令標記爲無效，並進行異常處理。對於這些無效指令，CPU 仍然會允許其繼續執行，但是會在執行完成之後對其運算結果進行回滾。

在上述過程中，如果無效指令包含一條內存讀取指令，那麼它將能夠從 CPU 內部的緩存通信通道（LFB）中讀取到殘留的數據塊，即使其沒有相應的訪問權限。之後，攻擊者能夠利用和「熔斷」漏洞相同的側信道技術，獲取該數據內容。由於 CPU 會快速回滾這些無效指令，每次能夠竊取的數據量非常有限。漏洞發現者在論文中提到，每次攻擊僅能夠從 64 bytes 的數據塊中竊取 1 byte 的數據。

由於每個 CPU 核心擁有自己的緩存通信通道，因此攻擊者必須和受害程序運行在同一個 CPU 核心當中。對於啓用了超線程技術的 CPU，攻擊者可以運行在和受害程序相同 CPU 核心的不同 CPU 線程當中。

利用 ZombieLoad 的攻擊有什麼限制？

ZombieLoad 的攻擊窗口很小。ZombieLoad 在攻擊時只能夠讀取目標程序正在使用的數據。攻擊者必須深入瞭解目標程序的算法、實現等，並且精確判斷目標數據在何時被使用，從而對其進行攻擊。

ZombieLoad 要求攻擊者和受害程序同時運行在同一 CPU 核心上，從而能夠通過 CPU 核心中的緩存通信通道（LFB）竊取數據。

ZombieLoad 無法直接獲取目標數據。ZombieLoad 只能夠以每次一個 byte 的速率對目標程序進行數據採樣。並且沒有辦法對採樣得到的數據進行區分。因此其需要配合諸如 side-channel 在內的各種攻擊一同使用。

在通過採樣數據逆向真實數據的過程中，往往需要對目標程序算法、實現方式等擁有非常深入的瞭解。基於 ZombieLoad 的攻擊難以對不開源，或者經過代碼混淆的二進制程序使用。

目前 Intel 已經提供了 ZombieLoad 攻擊的修復補丁，並且已經聯合各大操作系統提供方，雲服務提供方進行了漏洞修復。攻擊無法在進行過修復的系統中實現。

ZombieLoad 對基於 Intel SGX 的 TEE 系統有什麼影響？

SGX 是目前飽受關注的一項硬件安全技術，其提供了多個稱爲 enclave 的安全執行環境。漏洞發現者在論文中提到：如果希望利用 ZombieLoad 對 SGX enclave 進行數據採樣，唯一的方法是將攻擊者的程序和目標 enclave 同時運行在一個 CPU 核心的兩個不同線程上。

然而，目前 Intel 官方要求：爲了安全使用 SGX 技術，必須關閉超線程；同時 Intel 提供了驗證 enclave 所運行宿主機是否關閉超線程的方法。因此，在實現遠程驗證的前提下，ZombieLoad 並不會影響到基於 Intel SGX 的 TEE 系統的安全性。