Когато хората чуят думата кибератака, те обикновено си представят, че някой някъде разгадава парола, инсталира зловреден софтуер, краде компютър, хаква мрежата на организация или използва недостатък в софтуера. Атаката по страничните канали работи по различен начин. Тя търси улики, които компютърът издава, докато извършва съвсем обикновена, рутинна работа.
Проста аналогия е заключеният сейф. Крадецът може да не знае комбинацията и може да не е в състояние да разбие ключалката. Но ако крадецът може да слуша внимателно, докато циферблатът се върти, малки щраквания, прекъсвания или паузи могат да разкрият нещо за това какво се случва вътре. Сейфът не е предназначен да споделя тази информация, но физическото му поведение просто не може без тези звуци и паузи – и по този начин „изтичат“ улики.
Съвременните компютри имат свои собствени версии на подобни улики. Например, всеки компютър може да има нужда от различно време за изпълнение на различни задачи или да използва различно количество електроенергия. Хардуерните компоненти – процесори, памет, графични карти и устройства за съхранение – може да оставят малки следи върху труда си, докато работят.
Атаката по страничен канал по същество е опит да се наблюдават точно такива косвени улики и да се използват, за да се подразбере нещо секретно, казва Четан Джейзвал, компютърен специалист, който изучава сигурността и поверителността.
Атаките по страничните канали са необичайни. Слабостта идва от начина, по който машината изпълнява работата си, а не от човешка небрежност или безотговорност. Нападателят не краде парола директно, нито прониква в компютъра. Вместо това той само “слухти”: изучава следите, оставени от машината, докато тя работи.
История на течовете
Идеята не е нова. През 1985 г. холандският изследовател Вим ван Ек показа, че електромагнитните сигнали от видеодисплейните устройства могат да бъдат уловени и декодирани, което повиши възможността за „подслушване“ на всичко, което се показва на екрана. Екранът не излъчва умишлено съдържанието си. Той изпуска сигнали като страничен ефект от работата.
През 90-те години на миналия век атаките по страничен канал станаха особено важни в криптографията, науката за защита на информацията. През 1996 г. изследователят на криптографията Пол Кохер показа, че внимателното измерване на времето, което отнемат определени операции, може да разкрие чувствителна информация от системи, използващи общи криптографски методи.
Няколко години по-късно Кохер и колегите му криптографи Джошуа Джафе и Бенджамин Джун показаха, че измерването на консумацията на енергия може да помогне за възстановяване на секретни ключове от устройства, устойчиви на несанкционирано отваряне, като например смарт карти.
Тези открития промениха начина, по който инженерите мислеха за сигурността. Не беше достатъчно да се запитаме дали един алгоритъм за криптиране е математически сигурен. Още по-важно беше да се запитаме дали устройството, на което работи алгоритъмът, „източва“ подсказки чрез време, захранване, звуци или друго физическо поведение.
Има няколко често срещани типа странични канали:
- Атаката, базирана на време, търси малки разлики във времето, което отнемат дейностите;
- Атаката, базирана на захранване, изучава потреблението на електроенергия;
- Електромагнитните атаки изследват нежелани сигнали;
- Акустичните атаки използват звук.
В един поразителен пример изследователите показаха, че слабият шум, произвеждан от лаптоп по време на определени криптографски операции, може да се използва, при експериментални условия, за извличане на 4096-битов секретен криптографски ключ.
Примерите, които доведоха до по-широка обществена дискусия за атаките по странични канали, бяха атаките срещу процесори. Съвременните компютърни процесори, като например централните процесори, са изключително бързи, защото предсказват какво е вероятно да направи програмата след това. Тази техника, известна като спекулативно изпълнение, помага на компютрите да работят по-ефективно.
Но през 2018 г. изследователи по киберсигурност откриха две уязвимости в техниката, наречени Meltdown и Spectre. Те показаха, че тези прогнози могат да оставят след себе си измерими следи. Злонамерена програма може да използва тези следи, за да научи информация, която би трябвало да бъде защитена от нея.
Meltdown и Spectre бяха важни, защото оспориха една от основните предпоставки на съвременните изчисления: че различните програми, работещи на една и съща машина, трябва да се държат отделно. Те също така показаха, че функциите за производителност, вградени дълбоко в компютърните чипове, могат да имат последици за сигурността.
Нови технологии, нови странични канали
Оттогава изследователите продължават да откриват нови атаки по странични канали в съвременния хардуер. Една такава атака по странични канали, разкрита през 2022 г. и наречена Hertzbleed, показа, че промените в честотата на процесора – обикновено използвани за пестене на енергия и управление на производителността – могат да се превърнат във времеви сигнал, който в някои случаи би могъл да разкрие криптографските тайни на отдалечени сървъри.
Друга атака по странични канали, наречена Downfall и разкрита през 2023 г., засегна някои процесори на Intel. Тя показа как функция, наречена Gather, може да „източи“ по-стари части от данни, останали в процесора след по-ранна работа.
Zenbleed, също разкрита през 2023 г., засегна процесорите AMD Zen 2 и може да позволи чувствителна информация от друг процес да се появи там, където не би трябвало.
Изследванията на страничните канали се разшириха и отвъд процесорите. GPU.zip показа, че графичните процесори или GPU понякога могат да изтекат визуални улики чрез начина, по който обработват данни за изображения зад кулисите, включително пиксели от друга уеб страница в браузъра Google Chrome.
GoFetch, публикуван през 2024 г., показа, че хардуерна функция в много процесори на Apple, предназначена да предвижда бъдещи нужди от памет, може да подкопае защитите в криптографския софтуер и да помогне за извличането на секретни ключове.
Последната атака, наречена FROST, съкращение от „отдалечено снемане на пръстови отпечатъци с помощта на SSD време, базирано на OPFS“, включва твърдотелни устройства или SSD. Тези устройства са изключително често срещана форма на бързо съхранение на почти всички съвременни компютри.
FROST показва, че злонамерен уебсайт може да използва функция за съхранение на браузъра, наречена „origin private file system“, за да създава и осъществява достъп до файлове в защитена област, наречена „пясъчник“, която браузърът отделя за този уебсайт, след което да измерва малки забавяния в активността на SSD.
Логиката е проста. Ако няколко програми използват едно и също устройство за съхранение, те могат леко да се забавят взаимно, както става с коли, споделящи един и същ път. Чрез измерване на тези забавяния в браузър, изследователите на FROST показаха, че даден уебсайт може, при определени условия, да извлече информация за друга активност на същия компютър, като например посетени уебсайтове или използвани приложения.
Повече уроци от загуби
И така, колко често се използват атаки със странични канали? Честният отговор е, че макар да могат да бъдат вредни, те не са ежедневната кибератака, с която се сблъскват повечето хора. Повечето реални киберпрестъпления все още разчитат на по-лесни и по-евтини методи, като например използване на софтуерни уязвимости, кражба на идентификационни данни, фишинг, зловреден софтуер и рансъмуер.
Докладът на Verizon за разследвания на нарушения на данни от 2026 г., например, откроява софтуерните уязвимости и рансъмуера като основни източници на нарушения, а не атаките по странични канали като рутинна входна точка.
Това не прави атаките по странични канали маловажни. Много от тях се откриват от изследователите, преди да бъдат видени в широко разпространена престъпна употреба. Но те са важни, защото разкриват слабости в допусканията, стоящи зад съвременните изчисления, които влияят върху дизайна на чиповете, сигурността на браузъра, облачните изчисления, криптографските библиотеки и начина, по който инженерите мислят за поверителността.
Атаките по странични канали са напомняне, че компютрите не е нужно умишлено да разкриват тайни, за да ги „източат“. Понякога и най-малките улики, оставени по време на работа, могат да кажат повече, отколкото някой е очаквал.
