Wat zijn microarchitecturele aanvallen?

Microarchitecturele aanvallen, ook wel side-channel aanvallen genoemd, vormen een groeiend probleem binnen cyberbeveiliging. Bij deze aanvallen maken bedreigers gebruik van onbedoelde informatielekken uit uw hardware.

Subtiele afwijkingen in de werking van een computerapparaat kunnen het gevolg zijn van beveiligingsproblemen die bekend staan als “side-channel aanvallen”. Dergelijke afwijkingen omvatten caches en voorspellende vertakkingen binnen het systeem. Bekwame tegenstanders maken gebruik van deze onregelmatigheden om gevoelige informatie te achterhalen die door de getroffen apparatuur wordt verwerkt.

De fijne kneepjes van processor-microarchitecturen kunnen behoorlijk complex zijn, vooral met betrekking tot hun mogelijke invloed op beveiligingsproblemen. In essentie verwijst de microarchitectuur van een processor naar het interne ontwerp en de organisatie, die bepaalt hoe de processor instructies uitvoert en taken uitvoert. Dit omvat verschillende componenten zoals de besturingseenheid, rekenkundige logische eenheid (ALU), registers, cachegeheugen en het bussysteem. De manier waarop deze elementen met elkaar samenwerken speelt een cruciale rol bij het bepalen van de efficiëntie en veiligheid van de processor. Daarom is inzicht in de specifieke microarchitectuur van een bepaald apparaat essentieel voor het beoordelen van de gevoeligheid voor bepaalde soorten exploits of aanvallen.

Wat is processormicroarchitectuur in computersystemen?

Men kan zich afvragen wat de ingewikkelde mechanismen zijn waarmee een computer werkt. In wezen gaat het om de microarchitectuur van de processor - een onderliggend element dat verantwoordelijk is voor het aansturen van de uitvoering van commando’s en informatie en voor het verstandig toewijzen van bronnen van de centrale verwerkingseenheid.

Denk aan de rol van een efficiënte dirigent die de activiteiten binnen een computersysteem aanstuurt, complexe processen verdeelt in gestroomlijnde stappen en tegelijkertijd toeziet op hun gelijktijdige uitvoering. Dit vergemakkelijkt een soepele samenwerking tussen verschillende componenten, waardoor het apparaat effectief kan multitasken met optimale efficiëntie.

Microarchitectuur is niet alleen beperkt tot het optimaliseren van de prestaties; het dient ook als een essentiële barrière voor het beveiligen van elektronische bronnen door virtuele grenzen op te trekken die alleen geautoriseerde software of gebruikersentiteiten toegang verlenen. Bovendien beheert het efficiënt de toewijzing van systeembronnen zoals geheugen en rekenkracht, zodat ze optimaal gebruikt worden terwijl tegelijkertijd het energieverbruik behouden blijft tijdens perioden waarin minder werk wordt gevraagd.

Hoe werken microarchitecturele aanvallen?

Microarchitecturele aanvallen richten zich op het uitbuiten van de manier waarop microarchitectuurelementen gevoelige gegevens en bewerkingen verwerken.Daarbij hebben deze aanvalstechnieken als doel om de vertrouwelijkheid van zulke informatie te compromitteren door de interacties tussen verschillende hardwarecomponenten die betrokken zijn bij gegevensverwerking te manipuleren.

Aanvallen gebaseerd op cachegeheugens

Aanvallen gebaseerd op cachegeheugens zijn een klasse van architecturale kwetsbaarheden die zich concentreren op de manier waarop een computer zijn cachegeheugen gebruikt. Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen caches en cookies, aangezien caches kleine, snelle geheugeneenheden zijn die ontworpen zijn om veelgebruikte gegevens op te slaan, waardoor de computer ze sneller kan ophalen.

Het concept van een cache is analoog aan een verborgen compartiment in iemands computer, dat alledaagse hulpprogramma’s bevat die direct beschikbaar zijn. Deze opslagplaats verbetert de prestaties van het systeem door informatie te bewaren die vaak nodig is. Wat echter onopvallend blijft, is de mogelijkheid voor onbevoegden om toegang te krijgen tot vertrouwelijke details zonder direct het systeem binnen te dringen.

Door het cachinggedrag van een doelsysteem zorgvuldig te observeren en analyseren, kunnen cyberaanvallers waardevolle informatie verzamelen over de gegevens die erin zijn opgeslagen. Dit kan onder andere inhouden dat ze bepalen of bepaalde gegevens al dan niet aanwezig zijn door de tijd te controleren die het systeem nodig heeft om dergelijke informatie uit de cache op te halen. Dergelijke inzichten bieden nuttige aanwijzingen over de inhoud van de cache, waardoor aanvallers weloverwogen beslissingen kunnen nemen over hun volgende acties.

Spectre en Meltdown

Spectre-aanvallen maken gebruik van het vermogen van processors om hun bewerkingen te versnellen door speculatieve uitvoering. In een poging om de prestaties te stroomlijnen, anticiperen processors op het traject van programma’s en wijzen ze bronnen dienovereenkomstig toe. Helaas kan deze proactieve benadering door kwaadwillende actoren worden gebruikt om toegang te krijgen tot vertrouwelijke gegevens door deze verwachtingen te manipuleren.

Meltdown-aanvallen maken gebruik van een kwetsbaarheid in de centrale verwerkingseenheid (CPU) van een computer waardoor onbevoegden toegang krijgen tot beschermde gegevens. Door de CPU te manipuleren om de partitie tussen processen te doorbreken, kan een aanvaller toegang krijgen tot gevoelige informatie buiten zijn privilegeniveau. Dit gebeurt door een ontwerpfout in de CPU-architectuur waardoor het ene proces de geheugenruimte van een ander proces kan bekijken, waardoor beveiligingsmaatregelen die bedoeld zijn om de isolatie tussen verschillende bewerkingen te handhaven, in gevaar komen.

Het bovengenoemde duo beveiligingslekken presenteert zichzelf als geduchte tegenstanders, die gebruik maken van zwakheden die inherent zijn aan de architectuur van moderne computersystemen.

Rowhammer

Rowhammer-aanvallen maken gebruik van de wisselwerking tussen hardwarearchitectuur en het gedrag van DRAM-cellen om de veiligheid van een computersysteem te ondermijnen. De basis voor deze aanvallen ligt in het fenomeen Rowhammer, dat zich voordoet als een probleem met dynamische willekeurig toegankelijke geheugencellen (DRAM).

In essentie zijn de componenten in het geheugen van een computer georganiseerd als afzonderlijke eenheden die gegevens bevatten. Het veelvuldig ophalen van specifieke informatie uit deze eenheden kan verstoringen veroorzaken in het functioneren van aangrenzende of gerelateerde gegevenssegmenten.

Kwaadwillende actoren maken gebruik van een sluwe tactiek door een specifiek geheugenfragment aanhoudend in beroering te brengen terwijl aangrenzende geheugensegmenten die grillig gedrag vertonen, nauwlettend in de gaten worden gehouden, om uiteindelijk een inbreuk te veroorzaken en zo toegang te krijgen tot vertrouwelijke gegevens.

Jump Conditional Code (JCC)

Het oordeel van een personal computer wordt over het algemeen beïnvloed door specifieke criteria. Het doel van deze cyberaanvallen is om het beslissingsvermogen van een computersysteem te verstoren en te misleiden, waardoor het slecht geïnformeerde keuzes maakt.

Wanneer kwaadwillende actoren een computersysteem met succes misleiden, wordt het besluitvormingsproces langer. Dergelijke daders merken deze vertraging op en maken er gebruik van om de specifieke acties van de gecompromitteerde machine te achterhalen. Op die manier vergemakkelijken ze de ongeautoriseerde openbaarmaking van vertrouwelijke gegevens.

Hoe beïnvloeden microarchitecturele aanvallen jou?

In eerste instantie kunnen deze aanvallen proberen om kritieke cijfers te bemachtigen, bekend als cryptografische sleutels, die vertrouwelijk moeten blijven. Het behoud van deze geheimhouding is essentieel voor het behouden van de veiligheid van gevoelige informatie door middel van encryptie. Als kwaadwillende actoren in het bezit komen van deze sleutels, zou dat een bedreiging vormen voor de privacy van iemands persoonlijke gegevens.

De introductie van kwaadaardige software in kritieke netwerken kan aanvallers verhoogde privileges of toegang tot apparaten geven, waardoor de veiligheid van het hele systeem in gevaar komt. Daarom is het begrijpen van het concept van het “principe van de minste privileges” cruciaal bij het beperken van dergelijke risico’s.

Dergelijke incidenten kunnen de integriteit van cloud-gebaseerde systemen in gevaar brengen door de scheiding te doorbreken die bestaat tussen virtuele machines die op een enkele fysieke host draaien, wat kan leiden tot onbevoegde openbaarmaking of verlies van gevoelige informatie.

Hoe kunt u zich beschermen tegen aanvallen van microarchitectuur?

Hoewel de impact van microarchitecturele aanvallen op het eerste gezicht onbeduidend lijkt, kunnen ze in feite aanzienlijke schade toebrengen aan de getroffenen. Er zijn echter maatregelen die individuen kunnen nemen om zichzelf tegen zulke bedreigingen te beschermen. Gelukkig zijn er verdedigingsstrategieën beschikbaar om de risico’s van dit soort aanvallen te beperken.

Het regelmatig bijwerken van je software, firmware, microcode en microarchitectuur is van cruciaal belang om een veilig systeem te behouden door geïdentificeerde kwetsbaarheden of beveiligingslekken aan te pakken.

Zorg voor de installatie van betrouwbare antivirusprogramma’s die potentiële risico’s voor de veiligheid van uw apparaat kunnen identificeren en voorkomen.

Gebruik isolatietechnieken om gevoelige processen en informatie af te scheiden van andere onderdelen van het systeem.

Houd u aan de doctrine van minimale autoriteit, waarbij u alleen essentiële rechten toekent aan gebruikers en applicaties, waardoor potentiële verhoging van bedreigingen wordt voorkomen.

Het implementeren van monitoring- en detectiemechanismen wordt sterk aanbevolen om afwijkend gedrag of potentiële bedreigingen te identificeren. Optimalisatie van de beveiliging door het gebruik van oplossingen voor Security Information and Event Management (SIEM), zoals die van Smarter Home van Trend Micro, kan een effectieve strategie zijn.

Gebruik cryptografische technieken om vertrouwelijke informatie te verbergen, zodat de integriteit en privacy behouden blijven, zelfs als een derde partij met kwade bedoelingen onrechtmatig binnendringt.

Regelmatig een back-up maken van je gegevens is cruciaal om ervoor te zorgen dat deze hersteld kunnen worden in geval van een beveiligingslek of cyberaanval. Door dit te doen, kunnen zowel individuen als organisaties hun waardevolle informatie beschermen tegen mogelijk verlies en de continuïteit van de activiteiten behouden.

Uitgebreide cloudbeveiligingsprotocollen implementeren om de bescherming van informatie in cloudgebaseerde systemen te garanderen.

Niets onbeduidends aan microarchitecturele aanvallen

Een verhoogde staat van waakzaamheid is essentieel voor de bescherming tegen sluwe microarchitecturele aanvallen die kwetsbaarheden in de interne werking van een computer uitbuiten. Gelukkig bestaan er beveiligingen om zowel de hardware- als softwarecomponenten van een systeem te beschermen tegen dergelijke snode indringers. Door de noodzakelijke beveiligingsmaatregelen te implementeren en ervoor te zorgen dat alle relevante firmware en stuurprogramma’s up-to-date worden gehouden, kan de kans om slachtoffer te worden van deze verraderlijke bedreigingen aanzienlijk worden verkleind.

Het is cruciaal om te beseffen dat tegenstanders de mogelijkheid hebben om directe verbindingen tussen apparaten te onderscheppen en te verstoren.Om dergelijke risico’s te beperken, is het essentieel om de noodzakelijke voorzorgsmaatregelen voor zelfbescherming te begrijpen.