360網絡安全響應中心發布CPU漏洞修復指南

　　0×00 概述

　　2018年1月4日，Jann Horn等安全研究者披露了”Meltdown”(CVE-2017-5754)和”Spectre”(CVE-2017-5753 & CVE-2017-5715)兩組CPU特性漏洞。

　　據悉，漏洞會造成CPU運作機制上的信息泄露，低權級的攻擊者可以通過漏洞來遠程泄露用戶信息或本地泄露更高權級的內存信息。

　　實際攻擊場景中，攻擊者在一定條件下可以做到，

　　· 泄露出本地操作系統底層運作信息，秘鑰信息等;

　　· 通過獲取泄露的信息，可以繞過內核(Kernel), 虛擬機超級管理器(HyperVisor)的隔離防護;

　　· 云服務中，可能可以泄露到其它租戶隱私信息;

　　· 通過瀏覽器泄露受害者的帳號，密碼，內容，郵箱, cookie等用戶隱私信息;

　　目前相關的平臺，廠商，軟件提供商都在積極應對該系列漏洞，部分廠商提供了解決方案。

　　經過360安全團隊評估，”Meltdown”和”Spectre”漏洞影響重要，修復流程較復雜，建議相關企業/用戶在充分了解補丁風險的基礎上，作好相關的修復評估工作。

　　0×01漏洞影響面

　　影響面

　　漏洞風險等級重要，影響廣泛：

　　· 近20年的Intel, AMD,　Qualcomm廠家和其它ARM的處理器受到影響;

　　· 因為此次CPU漏洞的特殊性，包括Linux, Windows, OSX, iOS, Android等在內的操作系統平臺參與了修復;

　　· 360安全瀏覽器, Firefox, Chrome, Edge等瀏覽器也發布了相關的安全公告和緩解方案;

　　漏洞編號

　　· Meltdown：CVE-2017-5754

　　· Spectre ：CVE-2017-5715 和 CVE-2017-5753

　　0×02部分漏洞信息

　　注：　本段文字中直接引用了相關安全公告，如有異議請聯系cert@360.cn。

　　現代處理器(CPU)的運作機制中存在兩個用于加速執行的特性，推測執行(Speculative Execution)和間接分支預測(Indirect Branch Prediction)。

　　表面上看，處理器是依次順序執行既定的處理器指令。但是，現代處理器為了更好利用處理器資源，已經開始啟用并行執行，這個技術已經應用了20年左右(1995年開始)。假設，基于猜測或概率的角度，在當前的指令或分支還未執行完成前就開始執行可能會被執行的指令或分支，會發生什么?如果猜對了，直接使用，CPU執行加速了。如果猜測不正確，則取消操作并恢復到原來的現場(寄存器，內存等)，結果會被忽略。整個過程并不會比沒有猜測的時候慢，即CPU的推測執行(Speculative Execution)技術。

　　不幸的是，盡管架構狀態被回滾了，仍然有些副作用，比如TLB或緩存狀態并沒有被回滾。這些副作用隨后可以被黑客通過旁道攻擊(Side Channel Attack)的方式獲取到緩存的內容。如果攻擊者能觸發推測執行去訪問指定的敏感數據區域的話，就可能可以讀取到更高特權級的敏感數據。

　　此外，猜測過程是可以被“污染”的，攻擊者可以構造出類似ROP攻擊的邏輯去影響推測過程。根據作者提供的思路，主要有三種場景：

　　1. “邊界檢查繞過”：通過污染分支預測，來繞過kernel或hypervisor的內存對象邊界檢測。比如，攻擊者可以對高權級的代碼段，或虛擬環境中hypercall，通過構造的惡意代碼來觸發有越界的數據下標，造成越界訪問。

　　2. “分支目標注入”： 污染分支預測。抽象模型比較好的代碼往往帶有間接函數指針調用的情況，CPU在處理時需要會進行必要的內存訪問，這個過程有點慢，所以CPU會預測分支。攻擊者可以通過類似的ROP的方式來進行信息泄露。

　　3. “流氓數據加載”：部分CPU上，為了速度并不是每次都對指令作權限檢查的，檢查的條件存在一定的缺陷;

　　實際攻擊場景中，攻擊者在一定條件下可以做到，

　　· 泄露出本地操作系統底層運作信息，秘鑰信息等;

　　· 通過獲取泄露的信息，可以繞過內核(Kernel), 虛擬機超級管理器(HyperVisor)的隔離防護;

　　· 云服務中，可以泄露到其它租戶隱私信息;

　　· 通過瀏覽器泄露受害者的帳號，密碼，內容，郵箱, cookie等用戶隱私信息;

　　360CERT和360GearTeam對漏洞進行了研究性質的嘗試。在Linux+Docker的環境下進行的攻擊演示，通過利用Meltdown或Spectre漏洞，模擬在獨立的Docker容器A對同一個宿主中的Docker容器B進行敏感數據(密碼)竊取的嘗試。

　　聲明：本試驗是360CERT針對CPU的Meltdown和Spectre漏洞作的一個研究性測試，實際的Docker攻擊利用場景中需要滿足特殊和較嚴苛的限制條件。

　　目前幾大系統廠商各自在操作系統內核中引入了KPTI的技術，旨在和用戶態的頁表隔離，解決”Meltdown”漏洞問題。但根據相關測試信息顯示，修復補丁可能帶來5%到30%性能上的損失，其中個人終端用戶基本感覺不到，部分服務器的IO場景可能造成較大的性能損耗。

　　針對”Spectre”漏洞，相關操作系統廠商和芯片廠商積極配合，通過微碼固件更新和操作系統更新的方式進行解決。

　　0×03安全建議

　　360CERT建議企業/用戶務必在充分了解相關風險的基礎上，作好相關修復評估工作:

　　1. “Meltdown”和”Spectre”漏洞修復流程相對復雜，部分平臺上暫時沒有統一的修復工具;

　　2. 芯片廠商(如：Intel)的微碼固件補丁需要通過所在硬件OEM廠商獲取(如：Dell，聯想等);

　　3. 可能會有部分軟件不兼容問題(如Windows平臺下的部分殺毒軟件等);

　　4. 在云平臺或特定應用場景中可能造成較大幅度的性能損失，升級前請充分了解相關信息;

　　具體評估和修復工作，可以參考以下建議和相關廠商的安全公告：

　　Intel的緩解建議

　　Intel已經和產業界聯合，包括其它處理器廠商和軟件廠商開發者，來緩解之前提到的三種攻擊類型。緩解策略主要聚焦在適配市面產品和部分在研產品。緩解除了解決漏洞本身之外，還需要兼顧到性能影響，實施復雜度等方面。

　　啟用處理器已有的安全特性(如 Supervisor-Mode Execution Protection 和 Execute Disable Bit )可以有效提高攻擊門檻。相關信息可以參閱Intel的相關資料。

　　Intel一直在與操作系統廠商，虛擬化廠商，其它相關軟件開發者進行合作，協同緩解這些攻擊。作為我們的常規研發流程，Intel會積極保證處理器的性能。

　　來源：https://newsroom.intel.com/wp-content/uploads/sites/11/2018/01/Intel-Analysis-of-Speculative-Execution-Side-Channels.pdf

　　PC終端用戶

　　PC終端用戶，建議用戶根據各個平臺進行如下對應操作：

　　微軟Windows

　　修復步驟如下：

　　1. 更新對應的瀏覽器，緩解”Spectre”漏洞攻擊;

　　2. 更新芯片廠商的微碼補丁

　　如：

　　3. 更新Windows補丁

　　用戶可直接下載360安全衛士CPU漏洞免疫工具進行更新：http://down.360safe.com/cpuleak_scan.exe

　　注意：根據微軟提供的信息，依然存在部分軟件不兼容(如殺毒軟件)的風險，請充分了解風險后再選擇是否更新：

　　https://support.microsoft.com/en-us/help/4073119/windows-client-guidance-for-it-pros-to-protect-against-speculative-exe

　　蘋果OSX

　　蘋果在Mac OSX High Sierra 10.13.2 及更高版本修復了Meltdown和Spectre漏洞，請直接升級。

　　Android & iOS

　　蘋果在iOS 11.2.2及更高版本修復了Spectre漏洞;

　　Android產品將于近期更新，盡請留意。

　　IDC/云系統管理員

　　目前部分IDC/云基礎架構廠商已經提供了初步解決方案，但是由于補丁帶來的風險和性能損耗暫時沒有明確，權威的結論。

　　請系統管理員盡量做到：

　　1. 積極聯系相關的上游了解相關的風險和解決方案，協同制定解決方案;

　　2. 需要重點關注補丁帶來風險和性能損耗評估;

　　3. 從宏觀和微觀層面，制定完善，可行的修復和測試流程方案;

　　4. 涉及到的微碼固件補丁請聯系硬件OEM廠商，協同修復，測試，評估;

　　以下是相關廠商提供的解決方案：

　　Linux-Redhat/CentOS發行版

　　Redhat提供了一份產品的修復狀態清單，建議用戶參照該清單進行更新。具體用戶可以參考：

　　· https://access.redhat.com/security/vulnerabilities/speculativeexecution

　　· https://access.redhat.com/articles/3311301#page-table-isolation-pti-6

　　鑒于更新完補丁后，在部分應用場景下會造成性能下降，RedHat方面提供了運行時的解決方案：

　　· https://access.redhat.com/articles/3311301#page-table-isolation-pti-6

　　用戶可以通過以下命令臨時關閉或部分KPTI，Indirect Branch Restricted Speculation (ibrs)，Indirect Branch Prediction Barriers (ibpb) 等安全特性。

　　# echo 0 > /sys/kernel/debug/x86/pti_enabled

　　# echo 0 > /sys/kernel/debug/x86/ibpb_enabled

　　# echo 0 > /sys/kernel/debug/x86/ibrs_enabled

　　該特性需要使用debugfs 文件系統被掛在，RHEL 7默認開啟了。 在RHEL 6中可以通過以下命令開啟：

　　# mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug

　　用戶可以通過以下命令查看當前安全特性的開啟狀態：

　　# cat /sys/kernel/debug/x86/pti_enabled

　　# cat /sys/kernel/debug/x86/ibpb_enabled

　　# cat /sys/kernel/debug/x86/ibrs_enabled

　　Intel芯片在修復后默認如下：

　　pti 1 ibrs 1 ibpb 1 -> fix variant#1 #2 #3

　　pti 1 ibrs 0 ibpb 0 -> fix variant#1 #3 (for older Intel systems with no microcode update available)

　　Intel芯片在修復后默認如下：

　　pti 0 ibrs 0 ibpb 2 -> fix variant #1 #2 if the microcode update is applied

　　pti 0 ibrs 2 ibpb 1 -> fix variant #1 #2 on older processors that can disable indirect branch prediction without microcode updates

　　在沒有微碼固件補丁升級的情況下：

　　# cat /sys/kernel/debug/x86/pti_enabled

　　1

　　# cat /sys/kernel/debug/x86/ibpb_enabled

　　0

　　# cat /sys/kernel/debug/x86/ibrs_enabled

　　0

　　注：Redhat等廠商并不直接提供芯片廠商的微碼，需要用戶到相關的硬件OEM廠商進行咨詢獲取。

　　Linux-Ubuntu發行版

　　目前Ubuntu只完成對Meltdown(CVE-2017-5754)漏洞在 x86_64　平臺上的更新。

　　請關注Ubuntu的更新鏈接：

　　https://wiki.ubuntu.com/SecurityTeam/KnowledgeBase/SpectreAndMeltdown

　　Linux-Debian發行版

　　目前Debian完成了Meltdown(CVE-2017-5754)漏洞的修復。

　　關于　CVE-2017-5715　和　CVE-2017-5753　請關注Debian的更新鏈接：

　　https://security-tracker.debian.org/tracker/CVE-2017-5753

　　https://security-tracker.debian.org/tracker/CVE-2017-5715

　　微軟Windows Server

　　建議用戶開啟系統自動更新功能，進行補丁補丁安裝。

　　根據微軟提供的信息，依然存在部分軟件不兼容(如殺毒軟件)的風險，請充分了解風險后再選擇是否更新。

　　更多信息請查看：

　　https://support.microsoft.com/en-us/help/4073119/windows-client-guidance-for-it-pros-to-protect-against-speculative-exe

　　Xen虛擬化

　　目前Xen團隊針對Meltdown，Spectre漏洞的修復工作依然在進行中，請關注Xen的更新鏈接：

　　http://xenbits.xen.org/xsa/advisory-254.html

　　目前Xen暫時沒有性能損耗方面的明確評估，請謹慎更新。

　　QEMU-KVM虛擬化

　　QEMU官方建議通過更新guest和host操作系統的補丁來修復Meltdown漏洞，并表示Meltdown漏洞不會造成guest到host的信息竊取。

　　針對Spectre的變種CVE-2017-5715，QEMU方面正在等待KVM更新后再修復，目前KVM在進行相關補丁整合。需要注意的是，熱遷移不能解決CVE-2017-5715漏洞，KVM需要把cpu的新特性expose到guest內核使用，所以guest需要重啟。

　　相關信息請查閱：

　　https://www.qemu.org/2018/01/04/spectre/

　　https://marc.info/?l=kvm&m=151543506500957&w=2

　　云平臺租戶

　　360CERT建議云平臺用戶，

　　1. 關注所在云廠商的安全公告，配合相關云廠商做好漏洞補丁修復工作;

　　2. 充分了解和注意補丁帶來的風險和性能損耗方面的指標;

　　3. 更新前可以考慮使用相關快照或備份功能;

　　0×04 FAQ 常見問題

　　1. 問題： Meltdown和Spectre漏洞具體技術影響。 比如利用這兩個漏洞發動攻擊是否容易，什么條件下觸發，危害多大?

　　回答： Meltdown和Spectre漏洞在一定的條件下都可以觸發，例如通過本地環境,瀏覽器環境， Xen/QEMU-KVM中惡意租戶Guset的場景來觸發和攻擊，雖然目前尚未發現公開的攻擊代碼，但能夠對用戶造成帳號， 密碼， 內容， 郵箱, cookie等隱私信息泄露潛在危害。從以往情況看，在漏洞暴露后一定時間內，就可能出現可利用的攻擊代碼。對此，我們需要保持高度警惕。

　　Meltdown漏洞主要作用于本地環境，可用于越權讀內核內存。Spectre由于不會觸發trap，可以用于瀏覽器攻擊，以及虛擬機guest/host攻擊，及其它存在代碼注入(如即時編譯JIT)程序的潛在攻擊。具體技術情況需如下：

　　2. 問題：當前對漏洞的處置情況到底怎么樣了，業界解決情況如何，有沒有比較完善的解決方案。目前能解決到什么程度，怎么才能徹底解決?

　　回答：目前大部分的個人終端操作系統(如Windows, MacOS, iOS, Android)都可以通過直接的渠道進行更新解決，其中Windows平臺存在部分殺毒軟件不兼容風險。針對IDC或云廠商相關的系統管理員，除了還需要再繼續評估補丁的兼容性風險外，更需要再進一步評估補丁可能帶來的較大幅度的性能損耗，目前芯片廠商也在積極和大型IDC，云服務提供商協同制定更完善的解決方案。

　　360CERT建議該怎么解決，后續該怎么做?

　　回答：360CERT建議，一方面，PC/手機的個人用戶可以直接通過操作系統廠商或第三方安全廠商提供的補丁來解決。另一方面，針對補丁給企業帶來修復難題，大型IDC/企業/云廠商，芯片廠商，操作系統廠商，信息安全公司要協同起來，在補丁方案，補丁風險評估，補丁導致的性能損耗評估，綜合補丁標準方案，一體化補丁等方面形成合力，在保證業務穩定的情況下逐步或分階段推進補丁的修復工作。

　　0×05 時間線

　　2018-01-04 Google的Jann Horn發布漏洞信息

　　2018-01-04 360安全團隊發布預警通告

　　2018-01-09 360安全團隊發布簡要修復指南

　　0×06 相關廠商公告

　　· Intel

　　https://newsroom.intel.com/news/intel-responds-to-security-research-findings/ https://security-center.intel.com/advisory.aspx?intelid=INTEL-SA-00088&languageid=en-fr

　　https://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/facts-about-side-channel-analysis-and-intel-products.html

　　https://newsroom.intel.com/wp-content/uploads/sites/11/2018/01/Intel-Analysis-of-Speculative-Execution-Side-Channels.pdf

　　· Microsoft

　　https://portal.msrc.microsoft.com/en-US/security-guidance/advisory/ADV180002

　　https://support.microsoft.com/en-us/help/4073119/windows-client-guidance-for-it-pros-to-protect-against-speculative-exe

　　· 聯想

　　https://support.lenovo.com/us/zh/solutions/len-18282

　　· 華為

　　http://www.huawei.com/en/psirt/security-advisories/huawei-sa-20180106-01-cpu-en

　　· Amazon

　　https://aws.amazon.com/de/security/security-bulletins/AWS-2018-013/

　　· ARM

　　https://developer.arm.com/support/security-update

　　· Google

　　https://googleprojectzero.blogspot.co.at/2018/01/reading-privileged-memory-with-side.html

　　https://www.chromium.org/Home/chromium-security/ssca

　　https://security.googleblog.com/2018/01/todays-cpu-vulnerability-what-you-need.html

　　· MITRE

　　http://www.cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=2017-5715

　　http://www.cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=2017-5753

　　http://www.cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=2017-5754

　　· Red Hat

　　https://access.redhat.com/security/vulnerabilities/speculativeexecution

　　https://access.redhat.com/articles/3311301#page-table-isolation-pti-6

　　· Apple

　　https://support.apple.com/en-us/HT208394

　　· Xen

　　http://xenbits.xen.org/xsa/advisory-254.html

　　· Mozilla

　　https://blog.mozilla.org/security/2018/01/03/mitigations-landing-new-class-timing-attack/

　　· VMware

　　https://www.vmware.com/us/security/advisories/VMSA-2018-0002.html

　　· AMD

　　https://www.amd.com/en/corporate/speculative-execution

　　· SuSe

　　https://www.suse.com/support/kb/doc/?id=7022512

　　· Ubuntu

　　https://wiki.ubuntu.com/SecurityTeam/KnowledgeBase/SpectreAndMeltdown

　　· QEMU-KVM

　　https://marc.info/?l=kvm&m=151543506500957&w=2

　　https://www.qemu.org/2018/01/04/spectre/

　　· 漏洞報告

　　https://meltdownattack.com/meltdown.pdf

　　https://spectreattack.com/spectre.pdf

　　https://googleprojectzero.blogspot.co.uk/2018/01/reading-privileged-memory-with-side.html

　　· 360

　　http://down.360safe.com/cpuleak_scan.exe