46、基于硬件虚拟化的受控通道攻击检测技术解析

基于硬件虚拟化的受控通道攻击检测技术解析

1. 威胁模型概述

在当今的安全环境中，虽然部分安全系统（如Haven）会对访问页面的偏移量进行掩码处理，使得操作系统只能获取页面大小级别的地址粒度，普通攻击难以知晓进程执行了哪些功能。但受控通道攻击却能另辟蹊径，它在页面错误（#PF）时依据页框号而非简单地址进行推断。目前，主流的安全系统和安全硬件难以抵御此类攻击。

攻击者在窃取敏感信息时，通常控制操作系统并具备以下特点：
1. 系统资源管理能力 ：操作系统能够管理系统资源，例如设置页表项（pte）或加载中断描述符表寄存器（idtr）。当进程尝试访问未映射页面时，操作系统会接收#PF事件并处理，可能重新映射页面使程序继续执行，也可能产生访问违规并终止相关进程。
2. 理解进程逻辑跳转 ：攻击者需要了解进程内部的特定逻辑跳转，尤其是基于用户输入的不同内存访问模式。为此，他们会在准备阶段搜索应用程序的源代码或二进制文件。不过，像具有混淆内存访问模式的进程（如Oblivious RAM）不在其考虑范围内。
3. 主动触发#PF ：在安全的操作系统中，攻击者操纵系统主动触发#PF，获取当前访问模式并与之前的进行比较，以此推断用户输入。
4. 获取准确信息 ：与缓存和内存总线等有噪声的测量通道不同，攻击者从受控通道获取的上下文信息无噪声，能得到准确信息。

为了演示攻击过程，我们模拟了来宾操作系统中的内核rootkit。受害者是一个简单进程，其执行流程会因不同输入跳转到不同页面。具体步骤如下：
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