邊信道攻擊(side channel attack 簡稱SCA)，又稱側(cè)信道攻擊:針對加密電子設(shè)備在運(yùn)行過程中的時間消耗、功率消耗或電磁輻射之類的側(cè)信道信息泄露而對加密設(shè)備進(jìn)行攻擊的方法被稱為邊信道攻擊。這類新型攻擊的有效性遠(yuǎn)高于密碼分析的數(shù)學(xué)方法，因此給密碼設(shè)備帶來了嚴(yán)重的威脅。

　　對邊信道攻擊的學(xué)術(shù)研究起于1996-1999年。傳統(tǒng)的分組密碼分析技術(shù)局限于算法的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，其攻擊效果往往不佳。國內(nèi)外密碼學(xué)界都在加強(qiáng)及預(yù)算法實(shí)現(xiàn)的分析方法研究，邊信道分析技術(shù)作為一種新的密碼分析方法迅速成為研究熱點(diǎn)。邊信道攻擊方法 主要集中在功耗攻擊、電磁場攻擊和時間攻擊。其中功耗攻擊是最強(qiáng)有力的手段之一，包括簡單功耗分析攻擊（SimplePower Analysis attacks,SPA）和差分功耗分析攻擊（Differential　Power　Analysis　attacks,DPA），與傳統(tǒng)密碼分析學(xué)相比，這些攻擊手段攻擊效果顯著。

　　幾種已實(shí)現(xiàn)的邊信道攻擊

　　1.通過CPU緩存來監(jiān)視用戶在瀏覽器中進(jìn)行的快捷鍵及鼠標(biāo)操作

　　對最新型號的英特爾CPU有效，如Core i7；還需運(yùn)行在支持HTML5的瀏覽器上。帶有惡意JS的網(wǎng)頁在受害者電腦上執(zhí)行后，會收集與之并行的其它進(jìn)程的信息，有了這個信息，攻擊者可以繪制內(nèi)存對按下按鍵和鼠標(biāo)移動的反應(yīng)情況，進(jìn)而重塑用戶使用情景。

　　2.“聽譯”電子郵件密鑰

　　通過智能手機(jī)從運(yùn)行PGP程序的計(jì)算機(jī)中“聽譯”密鑰。這項(xiàng)最新的密鑰提取攻擊技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地捕捉計(jì)算機(jī)CPU解碼加密信息時的高頻聲音，并提取密鑰。

　　3.非智能手機(jī)+惡意軟件+目標(biāo)PC

　　從采購供應(yīng)鏈下手，將特制小體量難以檢測的惡意軟件植入電腦，該軟件會強(qiáng)制計(jì)算機(jī)的內(nèi)存總線成為天線，通過蜂窩頻率將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)绞謾C(jī)上。攻擊者將接受和處理信號的軟件嵌入在手機(jī)的固件基帶中，這種軟件可以通過社會工程攻擊、惡意App或者直接物理接觸目標(biāo)電話來安裝。

　　4.用手觸碰電腦即可破解密碼

　　電腦CPU運(yùn)算時造成“地”電勢的波動，用手觸碰筆記本電腦的外殼，接著再測量釋放到皮膚上的電勢，然后用復(fù)雜的軟件進(jìn)行分析，最終得到計(jì)算機(jī)正在處理的數(shù)據(jù)。例如：當(dāng)加密軟件使用密鑰解密時，監(jiān)測這種波動就可得到密鑰。

　　5.智能手機(jī)上的FM無線電功能來拾取電腦顯卡發(fā)出的無線電波

　　6.利用KVM入侵物理隔離設(shè)備

　　使用連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備下載惡意軟件，然后將其傳遞給設(shè)備的內(nèi)存。之后透過KVM漏洞傳播給使用KVM操控的其它多臺設(shè)備，實(shí)現(xiàn)入侵物理隔離的系統(tǒng)，并感染更敏感的設(shè)備。最后惡意程序再經(jīng)KVM反向?qū)⒏`取到的數(shù)據(jù)傳遞到互聯(lián)網(wǎng)。

　　7.利用一個面包（皮塔餅）偷取計(jì)算機(jī)密鑰

　　無屏蔽銅線圈、電容

　　8.通過熱量竊取電腦信息

　　9.其它方法

　　分析設(shè)備在解密過程中的內(nèi)存利用率或放射的無線電信號，竊取密鑰。

　　信息安全專家表示，有可能利用英特爾聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中一個有趣的邊信道漏洞，在用戶通過網(wǎng)絡(luò)輸入終端時嗅探其 SSH 密碼。

　　簡言之，英特爾芯片集有漏洞，偷聽者可巧妙接入采用該芯片集的服務(wù)器，觀測連接同一服務(wù)器的受害者單獨(dú)發(fā)送的數(shù)據(jù)包時序，比如交互式終端會話中的按鍵動作。

　　由于人類手指在鍵盤上移動遵循特定模式，每次按鍵間都有明顯的停頓，隨所敲字符不同而異，該時序即可泄露受害者所按特定鍵位。這些停頓經(jīng)分析后可實(shí)時揭示經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶囟ò存I，包括密碼和其他機(jī)密信息。

　　通過向服務(wù)器反復(fù)發(fā)送一連串網(wǎng)絡(luò)包，直接填充一塊處理器內(nèi)存緩存，偷聽者可完美實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能。受害者發(fā)送數(shù)據(jù)包時，偷窺者的數(shù)據(jù)會被新進(jìn)入的流量從該緩存中逐出。由于一直在快速反復(fù)填充該緩存，偷聽者可感知自身數(shù)據(jù)是仍存在于該緩存中，還是被已被逐出，由而泄露其受害者已發(fā)送某些數(shù)據(jù)的事實(shí)。這一事實(shí)最終可用于確定受害者入站數(shù)據(jù)包之間的時間間隔，揭示受害者傳輸?shù)陌存I信息。

　　該安全疏漏沒那么容易利用，英特爾也不認(rèn)為這是個大問題，但這無損于其身為有趣漏洞的事實(shí)，令人想一探究竟。值得注意的是，偷窺者必須使用英特爾的數(shù)據(jù)直接 I/O (DDIO) 技術(shù)直接連接服務(wù)器。而且，這既不是中間人攔截，也不是密碼破解，而是緩存觀察邊信道泄露。另外，有大量入站交互式數(shù)據(jù)的繁忙系統(tǒng)也不適用該攻擊方式，不可靠。

　　起效機(jī)制

　　DDIO 使網(wǎng)絡(luò)接口能夠繞過系統(tǒng) RAM ，將數(shù)據(jù)直接寫入主機(jī)處理器最后一級緩存，切實(shí)降低延遲，提升信息流入流出計(jì)算機(jī)的速度，改善 Web 托管和金融交易等 I/O 成為瓶頸的應(yīng)用性能。

　　但不幸的是，據(jù)荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安全小組 VUSec 的科學(xué)家介紹，直接跳入 CPU 緩存的性能提升卻打開了邊信道漏洞的大門。今年早些時候，該白帽子團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并記錄了上述濫用 DDIO 在網(wǎng)絡(luò)上觀察他人的方法。私下通告英特爾后，該團(tuán)隊(duì)于 9 月 10 日披露了其發(fā)現(xiàn)。

　　自 2012 年起，由于其性能提升功能，所有英特爾服務(wù)器級 Xeon 處理器均默認(rèn)啟用 DDIO。

　　該昵稱 NetCAT 的技術(shù)如下圖所示。其漏洞利用方法與 Throwhammer 類似，要求偷聽者已侵入以遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問 (RDMA) 無線帶寬網(wǎng)絡(luò)連接，直連監(jiān)視對象在用 DDIO 主機(jī)的服務(wù)器。這就要求網(wǎng)絡(luò)偷窺者要在目標(biāo)公司的基礎(chǔ)設(shè)施中已擁有立足之地。

　　VUSec 的 NetCAT 安全漏洞圖表（來源：VUSec）

　　一旦連接，竊聽者通過網(wǎng)絡(luò)反復(fù)填充處理器最后一級緩存，以自身數(shù)據(jù)有效淹沒該緩存。竊聽者觀察其連接延時的細(xì)微差別，檢測其數(shù)據(jù)被另一個網(wǎng)絡(luò)用戶從緩存中驅(qū)逐至 RAM 的時機(jī)——該技術(shù)也被稱為“prime+probe”。這些數(shù)據(jù)被驅(qū)逐的時序即會泄露受害者的按鍵信息。

　　重要的是，最后一級緩存有一部分是為直接 IO 保留的，因而 prime+probe 方法不受流經(jīng) CPU 核心的代碼和應(yīng)用數(shù)據(jù)困擾。

　　所有這些意味著，底層硬件可能無法避免地泄露敏感信息或秘密信息。NetCAT 更多技術(shù)細(xì)節(jié)將于明年 5 月正式發(fā)布。

　　VUSec 團(tuán)隊(duì)因其發(fā)現(xiàn)而獲得了英特爾安全漏洞獎勵，該團(tuán)隊(duì)解釋道：一直以來，緩存攻擊都是用于本地環(huán)境中的敏感數(shù)據(jù)泄露（例如，從攻擊者控制下的虛擬機(jī)，到共享云平臺 CPU 緩存的受害者虛擬機(jī)）。

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　　而 NetCAT 將此威脅延伸到了網(wǎng)絡(luò)上的非受信客戶端，沒有本地接入的遠(yuǎn)程服務(wù)器 SSH 會話也會泄露按鍵動作之類的敏感數(shù)據(jù)了。交互式 SSH 會話中，用戶的每一次按鍵，都會觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包直接傳輸。因此，控制臺加密 SSH 會話中每輸入一個字符，NetCAT 就會通過泄露相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)包的到達(dá)時序而泄露該按鍵事件的時序。

　　有了網(wǎng)絡(luò)包時序基礎(chǔ)，攻擊者便可通過對比所觀測到的延遲與目標(biāo)鍵入模式模型，得出這些時間間隔與特定按鍵的匹配。

　　如果您的平臺 DDIO 可用/啟用，您即受此漏洞影響。如果同時啟用了 RDMA，該漏洞即通過網(wǎng)絡(luò)將您的服務(wù)器暴露在實(shí)際邊信道攻擊面前，如 NetCAT 漏洞利用所演示的一樣。

　　該芯片設(shè)計(jì)缺陷為什么得名 NetCAT 呢？

　　這可不是為了制造恐慌。NetCAT 表示網(wǎng)絡(luò)緩存攻擊 (Network Cache ATtack)。“NetCAT” 也是黑客和系統(tǒng)管理員用于通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息的常用工具。Cat 是 UNIX 系統(tǒng)用于讀取文件內(nèi)容的工具，NetCAT 則旨在通過網(wǎng)絡(luò)讀取文件內(nèi)容。NetCAT 這個命名玩了雙關(guān)梗，指的是不用網(wǎng)絡(luò)另一端的機(jī)器協(xié)作就從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)。如果還覺得不夠雙關(guān)的話，DDIO 內(nèi)部用的可是緩存分配技術(shù) (Cache Allocation Technology: CAT)。而且，誰不喜歡貓 (Cat) 呢？

　　如果上述內(nèi)容聽起來相當(dāng)復(fù)雜，似乎現(xiàn)實(shí)生活中不可行，那確實(shí)。至少，在英特爾看來，VUSec 描述的場景很大程度上是概念驗(yàn)證，而非實(shí)際攻擊場景。

　　Chipzilla 發(fā)言人向媒體表示：英特爾收到了該研究的通告，確定該漏洞為低嚴(yán)重性漏洞（CVSS 評分 2.6），主要原因是 DDIO 和 RDMA 慣常使用場景中要求的復(fù)雜度、用戶互動和罕見訪問級別。

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　　額外的緩解措施包括使用抗時序攻擊的軟件模塊，采用常量時間風(fēng)格的代碼。感謝學(xué)術(shù)社區(qū)的持續(xù)研究。

　　與其他邊信道泄露類似，盡管實(shí)際漏洞利用過程可能繁瑣艱難，但這種漏洞呈現(xiàn)出的是非硬件重構(gòu)難以解決，甚至無法解決的根本缺陷。

　　雖然 VUSec 認(rèn)可英特爾關(guān)于增加針對時序攻擊的軟件防護(hù)可打擊 NetCAT 類窺探的說法，但唯一能夠確保清除該漏洞的方法，是完全禁用 DDIO，然后損失其性能增益。

　　VUSec 團(tuán)隊(duì)稱：只要網(wǎng)卡在緩存中創(chuàng)建獨(dú)特模式，無論遠(yuǎn)程服務(wù)器運(yùn)行何種軟件，NetCAT 都將有效。

　　英特爾 DDIO 技術(shù)：

　　https://www.intel.com/content/www/us/en/io/data-direct-i-o-technology-brief.html 

　　NetCAT 技術(shù)：

　　https://www.vusec.net/projects/netcat/ 

　　RDMA：

　　https://itpeernetwork.intel.com/taking-low-io-latency-even-lower-with-rdma