蘋果M1芯片驚現(xiàn)“無法修補”漏洞：ARM處理器或集體淪陷

6月11日消息，據(jù)媒體報道，近日，麻省理工學院(MIT)的研究人員發(fā)現(xiàn)，蘋果的M1芯片存在一個“無法修補”的硬件漏洞，攻擊者可以利用該漏洞突破其最后一道安全防御。

報道稱，該漏洞存在于蘋果M1芯片中使用的硬件級安全機制中，被稱為“指針身份驗證”(PAC)——這是Arm處理器當中廣泛存在的一項硬件安全機制，它通過使用加密哈希保護指針來保護內(nèi)存中的指針完整性，該加密哈希驗證指針無法被修改，系統(tǒng)使用它來驗證程序?qū)κ鼙Ｗo指針的使用。當使用錯誤的PAC時，程序會崩潰。

根據(jù)此前Arm公布的信息顯示，PAC最小化了攻擊面，使得面向返回編程(ROP)漏洞減少了60%以上、面向跳轉(zhuǎn)編程(JOP)漏洞減少了40%以上。

如果是同時使用PAC和分支目標標識符(BTI)這兩個硬件安全機制的Arm CPU則能夠進一步提升安全性，Glibc 中攻擊者可用的小工具數(shù)量減少了約 98%，而代碼大小僅增加了 2% 左右。

不過，麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室(CSAIL)的研究人員Joseph Ravichandran、Weon Taek Na、Jay Lang 和 Mengjia Yan 創(chuàng)造了一種新穎的硬件攻擊方式，它結(jié)合了內(nèi)存損壞和推測執(zhí)行攻擊來回避安全功能。

該攻擊表明，指針身份驗證可以不留痕跡地被攻破，并且由于它是一種硬件安全機制，因此蘋果將無法通過更新M1芯片的軟件補丁來修復它。

MIT CSAIL研究團隊將其攻擊方式稱之為“Pacman”，它通過硬件側(cè)信道攻擊來暴力破解PAC值(由于PAC值只有一定數(shù)量，研究人員可以嘗試所有值以找到正確的值)，并抑制崩潰，從而啟動連鎖攻擊，最終構(gòu)建控制流劫持攻擊。

“PAC的大小相對較小，直接的暴力攻擊會導致足夠多的崩潰來檢測惡意行為——更不用說程序重新啟動會導致 PAC 被刷新。但Pacman攻擊的關(guān)鍵在于，使用推測執(zhí)行攻擊，通過微架構(gòu)側(cè)通道秘密泄露PAC驗證結(jié)果，而不會導致崩潰?！痹撜撐慕忉尩?。

在概念驗證中，研究人員證明該攻擊甚至可以針對內(nèi)核(設備操作系統(tǒng)的軟件核心)起作用，這“對所有啟用指針身份驗證的 Arm 系統(tǒng)的未來安全工作具有重大影響?！盡IT CSAIL的博士生和該研究論文的共同主要作者Joseph Ravichandran說道。

“指針身份驗證背后的想法是，如果所有其他防御方法都失敗了，你仍然可以依靠它來防止攻擊者控制你的系統(tǒng)?！?Joseph Ravichandran補充道：“但是，我們已經(jīng)證明，作為最后一道防線的指針身份驗證并不像我們曾經(jīng)認為的那樣的安全。”

到目前為止，蘋果已經(jīng)在其所有基于Arm架構(gòu)的定制芯片上內(nèi)置了PAC功能，包括 M1、M1 Pro 和 M1 Max等。此外，包括高通和三星在內(nèi)的許多其他芯片廠商已經(jīng)宣布或預計將推出新處理器都將支持該硬件級安全功能。

雖然，MIT CSAIL的研究人員表示，尚未對蘋果剛剛發(fā)布的 M2 芯片的進行測試攻擊，但該芯片也支持PAC功能。

根據(jù)此前Arm公布的信息顯示，不僅基于Armv8.3/8.6指令集的CPU內(nèi)置了PAC功能，最新的Armv9指令集的CPU同樣也內(nèi)置了PAC功能。

MIT CSAIL的研究人員在研究論文中說：“如果不解決這個問題，我們發(fā)現(xiàn)的這項攻擊方式將在未來幾年影響大多數(shù)移動設備，甚至可能影響桌面設備。”

據(jù)介紹，研究人員已經(jīng)向蘋果公司展示了他們的研究結(jié)果。不過，他們也指出，Pacman攻擊并不能繞過 M1 芯片上的所有安全機制，它只是針對PAC可以防止的現(xiàn)有的漏洞。

Joseph Ravichandran表示：“到目前為止，還沒有使用Pacman創(chuàng)建端到端攻擊，因此沒有直接的擔憂。Pacman需要一個現(xiàn)有的軟件漏洞才能發(fā)揮作用——攻擊者需要能夠?qū)懭胍绯鰞?nèi)存。攻擊者可以使用現(xiàn)有的漏洞與我們的謂的‘Pacman Gadget’相結(jié)合——受攻擊中的一個代碼序列，允許推測性地使用簽名指針?！?

目前，該研究團隊已將該問題通知蘋果，并將在 6 月 18 日的計算機架構(gòu)國際研討會上披露更多細節(jié)。

在該消息被曝光之后，蘋果公司發(fā)言人 Scott Radcliffe 對外回應稱：“我們要感謝研究人員的合作，因為這個概念證明促進了我們對這些技術(shù)的理解。根據(jù)我們的分析以及研究人員與我們分享的詳細信息，我們得出的結(jié)論是，此問題不會對我們的用戶構(gòu)成直接風險，并且不足以自行繞過操作系統(tǒng)安全保護?！?

值得一提的是，Pacman是在蘋果M1芯片中被發(fā)現(xiàn)的第三個漏洞。去年5月，安全研究員赫克托馬丁 (Hector Martin) 發(fā)現(xiàn)了一個名為M1RACLES的漏洞，該漏洞允許兩個應用程序秘密交換數(shù)據(jù)。

上個月，多個大學組成的團隊又發(fā)現(xiàn)了一個名為 Augury 的漏洞，可導致芯片泄漏靜態(tài)數(shù)據(jù)，不過目前還沒有展示出任何可行的漏洞利用方法。

但是與前兩個漏洞不同的是，Pacman漏洞利用的是M1本身的存在的硬件安全機制PAC，而且該機制還廣泛存在于其他Arm架構(gòu)的處理器當中，這也使得該漏洞可能將會帶來更大的影響。