Apple Siliconの脆弱性によりハッカーが暗号鍵を抽出可能

2024年3月22日金曜日午前5時19分（太平洋夏時間）ティム・ハードウィック

新たに公開された学術研究論文（ ArsTechnica経由）によると、AppleのMシリーズチップにパッチ不可能な脆弱性が発見され、特定の条件下で攻撃者がMacから秘密の暗号化キーを抽出できるようになるという。

m1 vs m2 エア機能が弱まる
「GoFetch」と呼ばれるこのタイプのサイバー攻撃は、データメモリ依存型プリフェッチャー（DMP）と呼ばれるもので、コンピュータが次に必要とするデータを予測し、事前に取得しようとするものです。これは処理速度を向上させることを目的としていますが、意図せずコンピュータの動作に関する情報を漏洩してしまう可能性があります。

論文では、DMP、特にAppleのプロセッサに搭載されているDMPが、処理するデータに関係なく実行時間が同じになるようにプログラムを作成するために使用される定数時間プログラミングモデルによって提供されるセキュリティに重大な脅威を与えると指摘している。

定数時間プログラミングモデルは、サイドチャネル攻撃、つまりコンピュータシステムに直接アクセスすることなく（例えば特定のパターンを観察することによって）機密情報を取得できる攻撃から保護することを目的としています。すべての操作に同じ時間がかかる場合、攻撃者が観察して悪用できる要素が少なくなるという考え方です。

しかし、論文によると、DMP、特にApple Siliconでは、プログラムがメモリアクセスのパターンを明らかにしないように設計されていても、情報が漏洩する可能性があることが明らかになっています。新たな研究では、DMPがメモリの内容を混同し、データをアドレスとして扱ってメモリアクセスを実行してしまうことがあることが明らかになっています。これは定数時間モデルに反する動作です。

著者らは、DMPの脆弱性を悪用してセキュアソフトウェアから暗号鍵を抽出できる新しいタイプの攻撃としてGoFetchを提示しています。この攻撃は、サイドチャネル攻撃に耐性があると考えられている一般的な暗号化アルゴリズム（従来型暗号（OpenSSL Diffie-Hellman鍵交換、Go RSA復号など）と耐量子暗号（CRYSTALS-KyberやCRYSTALS-Dilithiumなど）の両方）に対して有効です。

ArsTechnicaへの電子メールで、著者らは次のように説明した。

プリフェッチャーは通常、アクセスされたデータのアドレス（アクセスされたデータの値は無視）を参照し、将来的に有用となる可能性のあるアドレスを推測しようとします。この点でDMPは異なり、アドレスに加えてデータ値も用いて予測を行います（プリフェッチするアドレスを予測します）。特に、データ値がポインタのように見える場合、それは「アドレス」として扱われ（実際にはそうではありませんが）、この「アドレス」からデータがキャッシュに取り込まれます。このアドレスがキャッシュに到着したことは、キャッシュサイドチャネルを介してリークされるため、可視化されます。

私たちの攻撃はこの事実を悪用します。暗号鍵を直接漏洩することはできませんが、選択入力攻撃を用いて暗号化アルゴリズム内部の中間データを操作し、ポインタのように見せかけることは可能です。するとDMPは、データ値がアドレスに「似ている」と判断し、この「アドレス」からデータをキャッシュに取り込みます。これにより「アドレス」が漏洩します。データ値がプリフェッチされること自体は問題ではありませんが、中間データがアドレスのように見えるという事実はキャッシュチャネルを介して可視化され、時間の経過とともに秘密鍵を漏洩させるのに十分です。

要約すると、この論文は、Apple Silicon CPU の DMP 機能を使用して、このような漏洩を防ぐと考えられていた暗号化ソフトウェアのセキュリティ対策を回避できる可能性があることを示しており、攻撃者は場合によっては 1 時間以内に 2048 ビットの RSA キーなどの機密情報にアクセスできる可能性があります。

著者らによると、Apple製チップの脆弱性は直接修正することはできない。攻撃ベクトルを低減するには、サードパーティ製の暗号化ソフトウェアに防御機能を組み込むしかないが、特に初期のM1およびM2チップでは、暗号化操作の実行時に極端なパフォーマンス低下を引き起こす可能性がある。Appleの最新チップであるM3のDMPには、開発者が無効化できる特別なビットが搭載されているが、このパフォーマンス最適化を無効にした場合にどのようなペナルティが発生するのか、研究者らはまだ把握していない。

ArsTechnicaが指摘しているように、研究者がAppleのDMPに脅威を特定したのは今回が初めてではありません。2022年に記録された研究では、iPhoneのM1チップとA14 Bionicチップの両方に同様の脅威が発見され、「Augury」攻撃につながりました。しかし、この攻撃では、定数時間手法が用いられたため、最終的に機密データを抽出することはできませんでした。

「GoFetchは、DMPがこれまで考えられていたよりもはるかに攻撃的であり、したがってはるかに大きなセキュリティリスクをもたらすことを示しています」と研究者たちはウェブサイトで主張しています。「具体的には、メモリからロードされたあらゆる値が（文字通り！）逆参照される候補となることを発見しました。これにより、Auguryの多くの制限を回避し、実際の定数時間コードに対するエンドツーエンドの攻撃を実証することができます。」

DMP型の攻撃は一般的ではなく、研究者らは2023年12月にAppleにこの脆弱性を報告しました。この脆弱性を懸念するユーザーは、脆弱性が判明している暗号化プロトコルについて、今後のmacOSアップデートで提供されるGoFetch緩和策のアップデートを確認することをお勧めします。ArsTechnicaがこの論文について質問した際、Appleの担当者は公式コメントを拒否しました。

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