利用 Sensor 校正資訊產生 Device Fingerprint 的隱私攻擊

看到「Fingerprinting iPhones」這篇提出的攻擊,標題雖然是提到 iPhone,但實際上攻擊包括了 Android 的手機:

You are affected by this fingerprinting attack if you are using any iOS devices with the iOS version below 12.2, including the latest iPhone XS, iPhone XS Max, and iPhone XR. You are also likely to be affected if you are using a Pixel 2/3 device, although we hypothesise the generated fingerprint has less entropy and is unlikely to be globally unique. A SensorID can be generated by both apps and mobile websites and requires no user interaction.

目前 iPhone 升級到 12.2 之後可以緩解這個問題,Android 看起來還不清楚...

攻擊的方式是透過手機在出場前會使用外部的校正工具,找出手機內 sensor 所偵測到的值與實際值的差異,然後把這些資訊燒到韌體裡,當呼叫 API 時就可以修正給出比較正確的值。

而因為這些校正資訊幾乎每一隻手機都不一樣,而且不會因為重裝而變更 (即使 factory reset),加上還可以跨 app 與 web 追蹤,就成為這次攻擊的目標:

In the context of mobile devices, the main benefit of per-device calibration is that it allows more accurate attitude estimation.

資訊量其實相當大,透過 app 分析可以得到 67 bits entropy,透過網頁也有 42 bits entropy,而且不怎麼會變:

In general, it is difficult to create a unique fingerprint for iOS devices due to strict sandboxing and device homogeneity. However, we demonstrated that our approach can produce globally unique fingerprints for iOS devices from an installed app -- around 67 bits of entropy for the iPhone 6S. Calibration fingerprints generated by a website are less unique (~42 bits of entropy for the iPhone 6S), but they are orthogonal to existing fingerprinting techniques and together they are likely to form a globally unique fingerprint for iOS devices.

We have not observed any change in the SensorID of our test devices in the past half year. Our dataset includes devices running iOS 9/10/11/12. We have tested compass calibration, factory reset, and updating iOS (up until iOS 12.1); the SensorID always stays the same. We have also tried measuring the sensor data at different locations and under different temperatures; we confirm that these factors do not change the SensorID either.

目前提出來的解法是加入隨機值的噪音 (iOS 的作法),不過作者有建議預設應該要關閉 js 存取 sensor 的權限:

To mitigate this calibration fingerprint attack, vendors can add uniformly distributed random noise to ADC outputs before calibration is applied. Alternatively, vendors could round the sensor outputs to the nearest multiple of the nominal gain. Please refer to our paper for more details. In addition, we recommend privacy-focused mobile browsers add an option to disable the access to motion sensors via JavaScript. This could help protect Android devices and iOS devices that no longer receive updates from Apple.

不過當初這群人怎麼會注意到的...

HTTP/3 (QUIC) 的反面看法

這篇整理了 HTTP/3 (QUIC) 的反面看法,算是常見的疑慮都列出來了:「QUIC and HTTP/3 : Too big to fail?!」。

其實大多都是使用 UDP 而導致的問題:

  • 因為 UDP 導致 firewall 可能沒開,以及可能會需要等 timeout 走回 TCP 的問題。
  • 因為 UDP 變成很多事情在 userland 處理,而導致的 CPU 使用率比使用 TCP 的 TLS 1.2/1.3 高很多。
  • 因為 UDP 導致 amplification attack 的安全性問題,以及對應的 workaround 產生的頻寬議題。
  • 由於 UDP 會需要自己控制擁塞,等於是在 UDP 上面又重做了一次 TCP congestion algorithm,而且因為重作所以得考慮與 TCP 搶資源的公平性。

整篇文章算是整理了一般對 HTTP/3 的疑慮,之後如果有進展的話,可以再拿出來當 checklist 再確認有哪些有改善...

AWS 推出 Global Accelerator,用 AWS 的網路加速

AWS 推出了 Global Accelerator,利用 AWS 的網路加速:「New – AWS Global Accelerator for Availability and Performance」。

這個產品有點像是 GCP 的 Premium Network 的概念,從名稱叫做 Data Transfer-Premium (DT-Premium) 也可以看出來這點。另外 Cloudflare 也有類似的產品,叫做 Spectrum

使用者的連線會先進入最接近使用者的 AWS Edge,然後走 AWS 自己的網路到真正服務所在的 AWS 區域:

AWS 自家的 CloudFront 可以做類似的事情,但是 CloudFront 是 DNS-based service,而且只吃 HTTP 類的連線;這次推出的 Global Accelerator 則是 Anycast-based service,同時支援 TCP 與 UDP。

目前的 edge 只有北美、歐洲與亞洲:

AWS Global Accelerator is available in US East (N. Virginia), US East (Ohio), US West (Oregon), US West (N. California), Europe (Ireland), Europe (Frankfurt), Asia Pacific (Tokyo) and Asia Pacific (Singapore).

這類服務通常也都可以擋下一些 DDoS 攻擊,畢竟是拿大水管在擋...

CloudFront 十週年、在東京的第十個 PoP,以及支援 WebSocket 與 Origin Failover

CloudFront 宣佈十年了,另外這次在東京又加節點了,變成 10 個:「Celebrating the 10 year anniversary of Amazon CloudFront by launching six new Edge locations」。

另外宣佈支援 WebSocket:「Amazon CloudFront announces support for the WebSocket protocol」,以及支援 Origin Failover:「Amazon CloudFront announces support for Origin Failover」。

WebSocket 算是大家等蠻久的功能,大家主要是希望利用 CloudFront 擋 DDoS,正常流量才往後丟。而 Origin Failover 則是可以設定兩個 Origin,當主要的掛掉時可以切到備用的,對於支援多節點的架構算是第一步 (目前看起來只能設兩個):

With CloudFront’s Origin Failover capability, you can setup two origins for your distributions - primary and secondary, such that your content is served from your secondary origin if CloudFront detects that your primary origin is unavailable.

都是隔壁棚 Cloudflare 支援許久的功能... 算是補產品線與進度?

透過 memcached UDP (Port 11211) 的攻擊...

Cloudflare 發表了一篇關於公開的 memcached 伺服器,利用 UDP (Port 11211) 的放大攻擊:「Memcrashed - Major amplification attacks from UDP port 11211」。

用地圖展示後可以清楚看出來哪些區域受到的攻擊比較大:

另外 Shodan 上的資料頁可以參考,不過就不保證都有開 UDP/11211 了:

這種伺服器還是藏到內部網路啦...

V8 version 6.5 (Chrome 65) 的改變

V8 version 6.5 將會有不少改變:「V8 release v6.5」。

其中因為 Spectre 的關係,新的 V8 設計了 Untrusted code mode,拿來跑不信任的程式,裡面會設計反制措施。而且這在新版的 Chrome 將會預設開啟:

In response to the latest speculative side-channel attack called Spectre, V8 introduced an untrusted code mode. If you embed V8, consider leveraging this mode in case your application processes user-generated, not-trustworthy code. Please note that the mode is enabled by default, including in Chrome.

另外是針對 WebAssembly 提供邊下載邊 compile 的能力,這讓速度大幅提昇。在原文是拿一個比較大包的 WebAssembly 來測試:

For the graph below we measure the time it takes to download and compile a WebAssembly module with 67 MB and about 190,000 functions. We do the measurements with 25 Mbit/sec, 50 Mbit/sec, and 100 Mbit/sec download speed.

可以看到網路不夠快的使用者就會直接被 compile 速度跟上,讓瀏覽器在下載時就做一些事情。

另外在某些情況下對 Array 的操作會有大幅改善:

這些新功能與改善都會在 Chrome 65 推出。依照「Chrome Platform Status」這邊的資料,stable 版預定在三月初,beta 版應該是要出了... (雖然上面寫著 2/1,但目前好像還沒更新)

Tinder 的漏洞

在「Tinder's Lack of Encryption Lets Strangers Spy on Your Swipes」這篇看到 Tinder 的實作問題,主要是兩個問題組合起來。第一個是圖片沒有用 HTTPS 傳輸:

On Tuesday, researchers at Tel Aviv-based app security firm Checkmarx demonstrated that Tinder still lacks basic HTTPS encryption for photos.

第二個是透過 side channel information leaking:即使是 HTTPS 傳輸,還是可以透過 size 知道是哪種類型的操作:

Tinder represents a swipe left to reject a potential date, for instance, in 278 bytes. A swipe right is represented as 374 bytes, and a match rings up at 581.

這兩個資訊就可以把行為組出來了。

接下來應該會先把圖片上 HTTPS 吧?然後再來是把各種類型的 packet 都塞大包一點?

讀書時間:Spectre 的攻擊方式

上次寫了 Meltdown 攻擊的讀書心得 (參考「讀書時間:Meltdown 的攻擊方式」),結果後來中獎狂流鼻水,加上 Spectre 用的手法就更複雜,慢慢看的情況就拖到最近才看完... 這邊就以讀者看過 Meltdown 那篇心得的前提來描述 Spectre。

Spectre 的精華在於 CPU 支援 branch prediction 與 out-of-order execution,也就是 CPU 遇到 branch 時會學習怎麼跑,這個資訊提供給 out-of-order execution 就可以大幅提昇執行速度。可以參考以前在「CPU Branch Prediction 的成本...」提到的效率問題。

原理的部份可以看這段程式碼:

這類型程式碼常常出現在現代程式的各種安全檢查上:確認 x 沒問題後再實際將資料拉出來處理。而我們可以透過不斷的丟 x 值進去,讓 CPU 學到以為都是 TRUE,而在 CPU 學壞之後,突然丟進超出範圍的 x,產生 branch misprediction,但卻已經因為 out-of-order execution 而讓 CPU 執行過 y = ... 這段指令,進而導致 cache 的內容改變。

然後其中讓人最驚豔的攻擊,就是論文示範了透過瀏覽器的 JavaScript 就能打的讓人不要不要的...

圖片裡,上面這段是 JavaScript 程式碼,下面則是 Chrome V8JIT 後轉成的 assembly (這是 AT&T style):

可以從這段程式碼看到,他想要透過這段 JavaScript 取出本來無法存取到的祕密值 index,然後透過 probeTable 得知 cache 的變化。

在這樣的攻擊下,你就可以取得這個 process 裡可以看到的空間,甚至極端的 case 下有可能是 kernel space (配合 Meltdown 的條件)。

不過如果你不能跑 JavaScript 也沒關係,Spectre 的論文裡也提供各種變形方式提供攻擊。像是這樣的程式碼也可以被拿來攻擊:

if (false but mispredicts as true)
    read array1[R1]
read [R2]

其中 R1 是有帶有祕密值的 register,當 array[R1] 有 cache 時,讀 [R2] 就有機會比較快,而沒有 cache 時就會比較慢 (這是因為 memory bus 被佔用的關係),在這個情境下就能夠產生 timing attack:

Suppose register R1 contains a secret value. If the speculatively executed memory read of array1[R1] is a cache hit, then nothing will go on the memory bus and the read from [R2] will initiate quickly. If the read of array1[R1] is a cache miss, then the second read may take longer, resulting in different timing for the victim thread.

所以相同道理,利用乘法器被佔用的 timing attack 也可以產生攻擊:

if (false but mispredicts as true)
    multiply R1, R2
multiply R3, R4

在論文裡面提到相當多的方法 (甚至連 branch target buffers (BTB) 都可以拿來用),就麻煩去論文裡看了。現在用 cache 算是很有效的方式,所以攻擊手法主要都是透過 cache 在取得資訊。

Spectre 論文提到的 mitigation (workaround) 是透過 mfencelfence 強制程式碼的順序,但這表示 compiler 要針對所有的 branch 加上這段,對效能影響應該蠻明顯的:

In addition, of the three user-mode serializing instructions listed by Intel, only cpuid can be used in normal code, and it destroys many registers. The mfence and lfence (but not sfence) instructions also appear to work, with the added benefit that they do not destroy register contents. Their behavior with respect to speculative execution is not defined, however, so they may not work in all CPUs or system configurations.

Google 推出的 Retpoline 則是想要避免這個問題。Google 在「Retpoline: a software construct for preventing branch-target-injection」這邊詳細說明了 Retpoline 的原理與方法,採取的方向是控制 speculative execution:

However, we may manipulate its generation to control speculative execution while modifying the visible, on-stack value to direct how the branch is actually retired.

這個方式是抽換掉 jmpcall 兩個指令,以 *%r11 為例,他將 jmp *%r11call *%r11 改成 jmp retpoline_r11_trampolinecall retpoline_r11_trampoline (這邊的 jmp 指的是所有 jump 系列的指令,像是 jz 之類的):

retpoline_r11_trampoline:
  call set_up_target;
capture_spec:        
  pause;
  jmp capture_spec;
set_up_target:
  mov %r11, (%rsp); 
  ret;

藉由抽換 %rsp 內容跳回正確位置,然後也利用這樣的程式結構控制 CPU 的 speculative execution。

而在效能損失上,已經有測試報告出來了。其實並沒有像 Google 說的那麼無痛,還是會因為應用差異而有不同等級的效能損失... 可以看到有些應用其實還是很痛:「Benchmarking Linux With The Retpoline Patches For Spectre」。

下半年新出的 CPU 應該會考慮這些問題了吧,不過不知道怎麼提供解法 @_@

Ubuntu 開始更新 Kernel 了...

這波 CPU 安全問題,UbuntuLinux Kernel 的更新計畫 (workaround patch) 放在「Information Leak via speculative execution side channel attacks (CVE-2017-5715, CVE-2017-5753, CVE-2017-5754 aka Spectre and Meltdown)」這邊。

不是所有版本的 kernel 都有更新,像是我之前跑 4.10 發現這次沒在清單內,就換成 linux-image-generic-hwe-16.04-edge 了... 換完後需要再裝 linux-headers-generic-hwe-16.04-edge,然後把舊的 kernel 都清乾淨,最後 nvidia-387 需要重新編過。

這次苦哈哈啊...

Meltdown 與 Spectre 都有用到的 FLUSH+RELOAD

MeltdownSpectre 攻擊裡都有用到的 FLUSH+RELOAD 技巧。這個技巧是出自於 2013 年的「Flush+Reload: a High Resolution, Low Noise, L3 Cache Side-Channel Attack」。當時還因此對 GnuPG 發了一個 CVE-2013-4242

FLUSH+RELOAD 是希望透過 shared memory & cache 得到 side channel information,藉此突破安全機制。

論文裡面提到兩個攻擊模式,一種是在同一個 OS 裡面 (same-OS),另外一種是在同一台機器,但是是兩個不同的 VM (cross-VM)。攻擊的前提是要拿到與 GnuPG process 相同的 shared memory。兩個環境的作法都是透過 mmap() GnuPG 的執行檔以取得 shared memory。

在 same-OS 的情況下會使用同一個 process:

To achieve sharing, the spy mmaps the victim’s executable file into the spy’s virtual address space. As the Linux loader maps executable files into the process when executing them, the spy and the victim share the memory image of the mapped file.

在 cross-VM 的情況下會因為 hypervisor 會 dedup 而產生 shared memory:

For the cross-VM scenario we used two different hypervisors: VMware ESXi 5.1 on the HP machine and Centos 6.5 with KVM on the Dell machine. In each hypervisor we created two virtual machines, one for the victim and the other for the spy. The virtual machines run CentOS 6.5 Linux. In this scenario, the spy mmaps a copy of the victim’s executable file. Sharing is achieved through the page de-duplication mechanisms of the hypervisors.

接下來就能夠利用 cache 表演了。基本原理是「存取某一塊記憶體內容,然後計算花了多久取得,就能知道這次存取是從 L1、L2、L3 還是記憶體取得」。所以 FLUSH+RELOAD 就設計了三個步驟:

  • During the first phase, the monitored memory line is flushed from the cache hierarchy.
  • The spy, then, waits to allow the victim time to access the memory line before the third phase.
  • In the third phase, the spy reloads the memory line, measuring the time to load it.

先 flush 掉要觀察的記憶體位置 (用 clflush),然後等待一小段時間,接著掃記憶體區塊,透過時間得知有哪些被存取過 (就會比較快)。這邊跟 cache 架構有關,你不能想要偷看超過 cache 大小的量 (這樣會被 purge 出去),所以通常是盯著關鍵的部份就好。

接著是要搞 GnuPG,先看他在使用 RSA private key 計算的程式碼:

而依照這段程式碼挑好位置觀察後,就開始攻擊收資訊。隨著時間變化就可以看到這樣的資訊:

然後可以觀察出執行的順序:

於是就能夠依照執行順序推敲出 RSA key 了,而實際測試的成果是這樣,在一次的 decrypt 或是 sign 就把 RSA key 還原的差不多了 (96.7%):

We demonstrate the efficacy of the FLUSH+RELOAD attack by using it to extract the private encryption keys from a victim program running GnuPG 1.4.13. We tested the attack both between two unrelated processes in a single operating system and between processes running in separate virtual machines. On average, the attack is able to recover 96.7% of the bits of the secret key by observing a single signature or decryption round.

知道了這個方法後,看 Meltdown 或是 Spectre 才會知道他們用 FLUSH+RELOAD 的原因... (因為在 Meltdown 與 Spectre 裡面就只有帶過去)