Automated Detection Exploitation and Elimination of Double-Fetch Bugs Using Modern CPU Features

作者: Michael Schwarz, Daniel Gruss, Moritz Lipp, Clémentine Maurice, Thomas Schuster, Anders Fogh, Stefan Mangard

单位: Graz University of Technology, CNRS, G DATA Advanced Analytic

出处: AsiaCCS’18

原文: https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3196508

Double-fetch bugs 是一种特殊的条件竞争，在高权限线程的time-of-check和time-of-use之间，低权限线程能够修改共享的内存，导致高权限线程访问的内存产生不一致。

本文作者提出了一种检测，利用并消除double-fetch bugs的技术DECAF和Dropit。总体来说，贡献如下：

把cache attack与kernel fuzzing结合起来
首个自动化的挖掘double-fetch bugs的方法
利用的成功率高达97%
利用Hardware Transactional Memory的特性，消除double-fetch bugs
方法对fuzz TEE也有效

介绍

现代操作系统的安全依赖操作系统kernel提供隔离性，在对kernel的攻击中，条件竞争是一个很难解决的问题。Double-fetch bugs 就是一种特殊的条件竞争。kernel两次访问同一块内存，首先检查数据的合法性，第二次就使用它，那在这两者之间，内存可能被修改。 Double Fetches有个明显的特征是要访问两次内存。如果数据在cache中，就从cache中读，如果不在就从主存中读到cache中，基于cache的攻击，比如著名的Flush+Reload攻击，可以利用CPU的这个特性来检测Double Fetches。

Intel TSX的hardware transactional memory特性能够保证当数据被读进transaction后，数据不能被任何transaction之外的操作修改。这种特性被用来实现安全加固，比如在这个场景中就可以天然的防御Double Fetch bugs。