TONTOU โจมตีซีพียู AMD และ Intel ลอดผ่านเกราะป้องกัน Spectre v2 ได้อย่างไร

TONTOU อาศัยช่องว่างระหว่าง “ล้าง” กับ “ใช้งาน”

กลไกอย่าง eIBRS และ Safe RET พยายามทำให้สถานะของ branch predictor ปลอดภัยเมื่อซีพียูข้ามขอบเขตสิทธิ์ เช่น ขณะเปลี่ยนจาก user space ไปทำงานใน kernel space

สมมติฐานสำคัญของการป้องกันคือ ผู้โจมตีจะไม่สามารถเข้าแทรกแซงได้ในช่วงสั้น ๆ หลังจากสถานะถูกทำความสะอาด แต่ก่อนที่เคอร์เนลจะเรียกใช้ตัวทำนายสาขา อย่างไรก็ตาม TONTOU แสดงให้เห็นว่าสมมติฐานนี้ไม่เป็นจริง

ในกรณีของ Safe RET บน AMD ช่องว่างดังกล่าวอาจแคบเพียง 2 คำสั่ง ผู้โจมตีที่รันโค้ดแบบไม่มีสิทธิ์พิเศษบนเครื่องเป้าหมายสามารถตั้งจังหวะให้ฮาร์ดแวร์อินเทอร์รัปต์เข้ามาในช่วงนี้ได้ เทคนิคดังกล่าวเรียกว่า INTERRUPT INJECTION เมื่ออินเทอร์รัปต์เข้าถึงจังหวะที่เหมาะสม ผู้โจมตีจะทำให้สถานะของ branch predictor ถูกวางยาซ้ำ หลังกลไกป้องกันทำงานไปแล้ว แต่ก่อนที่เคอร์เนลจะนำสถานะนั้นไปใช้

ผลลัพธ์คือการโจมตีแบบ speculative execution side channel ซึ่งการป้องกัน Spectre v2 ตั้งใจจะหยุดไว้ กลับมาทำงานได้อีกครั้ง โดยเงื่อนไขพื้นฐานของการโจมตีคือผู้โจมตีต้องสามารถรันโค้ดใน user space บนเครื่องเป้าหมายเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องมีสิทธิ์ผู้ดูแลระบบ

ผลกระทบที่สาธิตได้: อ่านแฮชรหัสผ่านจากเคอร์เนล Linux

ทีมวิจัยสร้าง exploit แบบครบกระบวนการและทดสอบกับซีพียูหลายรุ่น ได้แก่ Intel Cascade Lake Refresh, Intel Arrow Lake, AMD Zen 2 และ AMD Zen 4

ผลการทดสอบที่โดดเด่นเกิดขึ้นบนระบบ AMD Zen 2 ซึ่งใช้ Linux 6.14.0-37-generic, หน่วยความจำ 16GB และเปิดใช้การป้องกัน Spectre v2 ตามค่าเริ่มต้น โดยการโจมตีสามารถรั่วไหลข้อมูลจากหน่วยความจำเคอร์เนลแบบเลือกได้ที่อัตรา 5.47 ไบต์ต่อวินาที

ข้อมูลที่ดึงออกมามีความแม่นยำ 91.97% และนักวิจัยสามารถค้นหาและดึงเนื้อหาของไฟล์ /etc/shadow ซึ่งใช้เก็บแฮชรหัสผ่านของระบบ Linux ได้สำเร็จ 5 จาก 10 ครั้ง แต่ละครั้งใช้เวลาประมาณ 18 นาที

บนแพลตฟอร์ม Intel ทีมวิจัยสาธิตการข้ามการป้องกัน eIBRS ได้บางส่วนบน Cascade Lake Refresh และ Arrow Lake แต่ลักษณะของพื้นผิวการโจมตีแตกต่างจากกรณี Safe RET บน AMD ขณะเดียวกัน งานทดสอบยังไม่ยืนยันการทำให้เกิดการคาดเดาสาขาผิดบน AMD Zen 4 ด้วยวิธีเดียวกัน

AMD ออกประกาศ ขณะที่ Linux เร่งออกแพตช์

ไทม์ไลน์การเปิดเผยและแก้ไขปัญหาเป็นดังนี้

• 5 กุมภาพันธ์ 2026: นักวิจัยประสานการเปิดเผยข้อมูลกับ AMD, Intel และ Arm
• 2 มิถุนายน 2026: มีการส่งแพตช์เข้าสู่เคอร์เนล Linux โดย Borislav Petkov จาก AMD ใช้ชื่อคอมมิตว่า x86/bugs: Make Safe-RET robust against interrupt injection
• 5 สิงหาคม 2026: แพตช์ได้รับการยอมรับเข้าสู่เคอร์เนล Linux สายหลัก
• 6 สิงหาคม 2026: AMD เผยแพร่ประกาศความปลอดภัย AMD-SB-7061 ในชื่อ “Safe RET Interrupt Vulnerability” และระบุโปรเซสเซอร์สถาปัตยกรรม Zen 1 ถึง Zen 4 ว่าได้รับผลกระทบ
• 6 สิงหาคม 2026: แพตช์สำหรับ CVE-2026-68480 ถูกเผยแพร่ใน Linux kernel เวอร์ชัน 7.1.7, 6.18.43, 6.6.149 และ 6.1.181

AMD ประเมินว่าปัญหานี้เกี่ยวข้องกับการนำ Safe RET ไปใช้งานใน Linux ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของมาตรการรับมือ Speculative Return Stack Overflow (SRSO) มากกว่าจะเป็นข้อบกพร่องของสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์เพียงอย่างเดียว

ด้าน Intel รับทราบผลการค้นพบระหว่างกระบวนการเปิดเผยข้อมูลแบบประสานงาน และมอบรางวัลผ่านโครงการ bug bounty แต่แจ้งนักวิจัยว่าจะไม่พัฒนามาตรการป้องกันเพิ่มเติม โดยให้เหตุผลว่าการโจมตีในโลกจริงยังขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น การมีอยู่ของ disclosure gadgets ที่จำเป็นต่อการโจมตี

ทำไม TONTOU จึงสำคัญต่อความปลอดภัยซีพียู

Spectre รุ่นก่อนหน้ามุ่งโจมตีกลไกคาดการณ์ของซีพียูโดยตรง แต่ TONTOU หันมาโจมตี กระบวนการป้องกัน ที่สร้างขึ้นเพื่อหยุด Spectre โดยเฉพาะ นักวิจัยพบ race condition ระหว่างเวลาที่ตัวทำนายถูกทำให้เป็นกลางกับเวลาที่ตัวทำนายถูกเรียกใช้ จึงเปิดทางให้เกิดการโจมตีรูปแบบใหม่

กรณีนี้ยังสะท้อนข้อจำกัดของการแก้ปัญหาความปลอดภัยซีพียูด้วยซอฟต์แวร์เพียงอย่างเดียว แม้แพตช์ Linux จะปิดช่องอินเทอร์รัปต์อินเจกชันที่แสดงให้เห็นบนโปรเซสเซอร์ AMD Zen ได้ แต่สมมติฐานเชิงสถาปัตยกรรมที่ว่า “การทำความสะอาดตัวทำนาย” และ “การนำตัวทำนายไปใช้” สามารถถือเป็นการทำงานแบบอะตอมิกต่อเนื่องกัน ได้ถูกพิสูจน์แล้วว่าไม่ปลอดภัยเสมอไป