O que são ataques a microarquitecturas?

Os ataques às microarquitecturas, frequentemente designados por ataques de canal lateral, representam uma preocupação crescente no âmbito da cibersegurança. Nestes ataques, os agentes de ameaças tiram partido de fugas de informação não intencionais do seu hardware.

Discrepâncias subtis no funcionamento de um dispositivo informático podem resultar de vulnerabilidades de segurança conhecidas como “ataques de canal lateral”. Tais desvios abrangem caches e ramos preditivos dentro do sistema. Adversários habilidosos utilizam estas irregularidades para discernir informações sensíveis processadas pelo equipamento afetado.

Os meandros das microarquitecturas dos processadores podem ser bastante complexos, particularmente em relação ao seu potencial impacto nas vulnerabilidades de segurança. Essencialmente, a microarquitectura de um processador refere-se à sua conceção e organização internas, que regem a forma como executa instruções e realiza tarefas. Esta engloba vários componentes, como a unidade de controlo, a unidade lógica aritmética (ALU), os registos, a memória cache e o sistema de barramento. A forma como estes elementos interagem entre si desempenha um papel crucial na determinação da eficiência e segurança do processador. Como tal, a compreensão da microarquitectura específica utilizada por um determinado dispositivo é essencial para avaliar a sua suscetibilidade a determinados tipos de explorações ou ataques.

O que é a microarquitectura do processador nos sistemas informáticos?

É possível refletir sobre os mecanismos intrincados do funcionamento de um computador. Fundamentalmente, é a microarquitectura do processador - um elemento subjacente responsável pela direção da execução de comandos e informações, bem como pela atribuição prudente de recursos da unidade central de processamento.

Considere o papel de um maestro eficiente que dirige as operações num sistema informático, dividindo processos complexos em fases simplificadas e supervisionando a sua execução simultânea. Isto facilita a cooperação harmoniosa entre os vários componentes, permitindo que o dispositivo funcione eficazmente em multitarefas com uma eficiência óptima.

A microarquitectura não se limita apenas à otimização do desempenho; serve como uma barreira essencial para salvaguardar os recursos electrónicos, erguendo fronteiras virtuais que só permitem a entrada de software autorizado ou de entidades de utilizadores. Além disso, gere eficazmente a atribuição de recursos do sistema, como a memória e a capacidade de computação, assegurando a sua utilização óptima e preservando simultaneamente o consumo de energia durante os períodos de menor procura de carga de trabalho.

Como funcionam os ataques às microarquitecturas?

Os ataques às microarquitecturas centram-se na exploração da forma como os elementos da microarquitectura processam dados e operações sensíveis.Ao fazê-lo, estas técnicas adversárias visam comprometer a confidencialidade dessas informações, manipulando as interacções entre vários componentes de hardware envolvidos no processamento de dados.

Ataques baseados na cache

Os ataques baseados na cache são uma classe de vulnerabilidades arquitectónicas que se concentram na forma como um computador utiliza a sua memória cache. É importante distinguir entre caches e cookies, uma vez que as caches são pequenas unidades de memória de alta velocidade concebidas para armazenar dados frequentemente acedidos, reduzindo assim o tempo necessário para o computador os recuperar.

O conceito de cache é análogo a um compartimento oculto dentro do computador, contendo utilidades quotidianas que estão prontamente disponíveis. Este repositório melhora o desempenho do sistema, preservando informações que são frequentemente necessárias. No entanto, o que permanece discreto é o potencial para que indivíduos não autorizados tenham acesso a detalhes confidenciais sem penetrar diretamente no sistema.

Através de uma observação e análise cuidadosas do comportamento de cache de um sistema alvo, os atacantes cibernéticos são capazes de recolher informações valiosas sobre os dados armazenados no mesmo. Isto pode incluir determinar se determinados dados estão presentes ou não, monitorizando o tempo necessário para o sistema recuperar essas informações da cache. Essas informações fornecem indicadores úteis sobre o conteúdo da cache, permitindo assim que os atacantes tomem decisões informadas sobre o seu próximo curso de ação.

Spectre e Meltdown

Os ataques Spectre exploram a capacidade dos processadores para acelerar as suas operações através da execução especulativa. Num esforço para otimizar o desempenho, os processadores antecipam a trajetória dos programas e atribuem recursos de forma preventiva em conformidade. Infelizmente, esta abordagem proactiva pode ser aproveitada por agentes maliciosos para aceder a dados confidenciais através da manipulação destas expectativas.

Os ataques Meltdown exploram uma vulnerabilidade na unidade central de processamento (CPU) de um computador que permite o acesso não autorizado a dados protegidos. Ao manipular a CPU para violar a partição entre processos, um atacante pode obter acesso a informações sensíveis para além do seu nível de privilégio. Isto ocorre devido a uma falha de conceção na arquitetura da CPU que permite que um processo veja o espaço de memória de outro, comprometendo as medidas de segurança destinadas a manter o isolamento entre diferentes operações.

A dupla de vulnerabilidades de segurança acima mencionada apresenta-se como um adversário formidável, explorando as fraquezas inerentes à arquitetura dos sistemas informáticos modernos.

Rowhammer

Os ataques Rowhammer exploram a interação entre a arquitetura do hardware e o comportamento das células DRAM para minar a segurança de um sistema informático. A base para estes ataques reside no fenómeno Rowhammer, que surge como um problema com células de memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM).

Na sua essência, os componentes da memória de um computador estão organizados como unidades distintas que contêm dados. A recuperação frequente de informações específicas dessas unidades pode causar interrupções no funcionamento de segmentos de dados adjacentes ou relacionados.

Os agentes maliciosos utilizam uma tática astuta, agitando persistentemente um fragmento de memória específico enquanto monitorizam de perto os segmentos de memória adjacentes que apresentam um comportamento errático, acabando por provocar uma violação e permitindo assim o acesso a dados confidenciais.

Jump Conditional Code (JCC)

O julgamento de um computador pessoal é geralmente influenciado por critérios específicos. O objetivo destes ciberataques é perturbar e induzir em erro as capacidades de decisão de um sistema informático, levando-o a fazer escolhas mal informadas.

Atualmente, quando os agentes maliciosos conseguem enganar um sistema informático, o processo de tomada de decisões torna-se mais demorado. Consequentemente, esses perpetradores discernem esta latência e exploram-na para descobrir as acções específicas levadas a cabo pela máquina comprometida. Ao fazê-lo, facilitam a divulgação não autorizada de dados confidenciais.

Como é que os ataques às microarquitecturas o afectam?

Em primeiro lugar, estes ataques podem tentar obter cifras críticas conhecidas como chaves criptográficas, que devem permanecer confidenciais. A manutenção desse sigilo é essencial para preservar a segurança das informações sensíveis através da encriptação. No caso de agentes malévolos obterem a posse destas chaves, isso seria um presságio de adversidade para a privacidade dos dados pessoais.

A introdução de software malicioso em redes críticas pode conceder aos atacantes privilégios elevados ou acesso a dispositivos, pondo assim em risco a segurança de todo o sistema. Por conseguinte, a compreensão do conceito do “princípio do menor privilégio” torna-se crucial para mitigar esses riscos.

Esses incidentes têm o potencial de comprometer a integridade dos sistemas baseados em nuvem, violando a separação existente entre as máquinas virtuais executadas num único host físico, resultando na divulgação não autorizada ou na perda de informações confidenciais.

Como se pode proteger contra ataques de microarquitecturas?

Embora o impacto dos ataques às microarquitecturas possa parecer insignificante à primeira vista, podem de facto causar danos substanciais às pessoas afectadas. No entanto, existem medidas que as pessoas podem tomar para se protegerem contra essas ameaças. Felizmente, existem estratégias defensivas disponíveis para mitigar os riscos associados a estes tipos de ataques.

Atualizar periodicamente o software, o firmware, o microcódigo e a microarquitectura é crucial para manter um sistema seguro, resolvendo quaisquer vulnerabilidades ou falhas de segurança identificadas.

Assegurar a instalação de programas antivírus fiáveis, capazes de identificar e prevenir potenciais riscos para a segurança do seu dispositivo.

Utilizar técnicas de isolamento para separar processos e informações delicadas de outros componentes do sistema.

Aderir à doutrina da autoridade mínima, autorizando apenas privilégios essenciais para utilizadores e aplicações, impedindo assim a potencial elevação de ameaças.

A implementação de mecanismos de monitorização e deteção é altamente recomendada para identificar qualquer comportamento anómalo ou potenciais ameaças. A otimização da segurança através da utilização de soluções de Gestão de Informação e Eventos de Segurança (SIEM), como as oferecidas pelo Smarter Home da Trend Micro, pode ser uma estratégia eficaz.

Utilizar técnicas criptográficas para ocultar informações confidenciais, de modo a manter a sua integridade e privacidade, mesmo no caso de uma intrusão ilegal por parte de terceiros com intenções maliciosas.

Fazer regularmente cópias de segurança dos dados é crucial para garantir que estes possam ser recuperados em caso de violação da segurança ou de ciberataque. Ao fazê-lo, tanto os indivíduos como as organizações podem proteger as suas informações valiosas de potenciais perdas e manter a continuidade das operações.

Implementar protocolos abrangentes de segurança na nuvem para garantir a proteção das informações que residem nos sistemas baseados na nuvem.

Não há nada de insignificante nos ataques às microarquitecturas

Manter um elevado estado de vigilância é essencial para se proteger contra ataques astutos às microarquitecturas que exploram vulnerabilidades nas operações internas de um computador. Felizmente, existem salvaguardas para proteger os componentes de hardware e software de um sistema contra essas intrusões nefastas. Ao implementar as medidas de segurança necessárias e garantir que todo o firmware e controladores relevantes são mantidos actualizados, é possível reduzir significativamente a probabilidade de ser vítima destas ameaças insidiosas.

É crucial reconhecer que os adversários possuem a capacidade de intercetar e interromper ligações directas entre dispositivos.Para atenuar esses riscos, é essencial compreender as precauções necessárias para a auto-proteção.