Kanały boczne elektromagnetyczne i akustyczne

Oprócz poboru mocy układy emitują promieniowanie elektromagnetyczne (EM) i generują szum akustyczny. Oba kanały przenoszą sygnały zależne od danych, które mogą ujawniać sekrety kryptograficzne.

Przełączające się tranzystory emitują promieniowanie EM. Niewielka sonda umieszczona w pobliżu układu scalonego może wychwycić sygnały lokalne przestrzennie, pochodzące z pojedynczej jednostki funkcjonalnej — zapewniając większą precyzję niż globalny pomiar poboru mocy.

Sondy EM mogą kierować pomiar na konkretne moduły, na przykład jednostkę S-box AES, ignorując resztę układu. Zwiększa to stosunek sygnału do szumu i zmniejsza liczbę śladów potrzebnych do odzyskania klucza.

TEMPEST (utajniony program rządu USA, później odtajniony) bada emisje EM z wyświetlaczy, klawiatur i układów logicznych. Phreaking Van Ecka odtwarza zawartość ekranów CRT/LCD na podstawie wyciekających sygnałów RF.

W 2013 roku Shamir i współpracownicy odzyskali klucze RSA-4096, nagrywając wysoki pisk kondensatorów w laptopie. Dźwięk zmienia się zależnie od tego, które mnożenia modularne wykonuje procesor.

Spectre (2018) wykorzystuje wykonywanie spekulatywne: odwołania do pamięci zależne od sekretu pozostawiają ślady w pamięci podręcznej, które może odczytać proces atakujący. Atak przełamuje izolację procesów między przeglądarkami i maszynami wirtualnymi.

Flush+Reload: atakujący opróżnia linię pamięci podręcznej, ofiara odwołuje się do adresu zależnego od sekretu, a atakujący ponownie ładuje linię i mierzy czas dostępu. Trafienie = szybko = wywnioskowany bit sekretu.

Mikrofon kierunkowy lub kontaktowy zamontowany na obudowie rejestruje świst kondensatorów. Sygnał jest digitalizowany z częstotliwością 44 kHz–192 kHz i przetwarzany za pomocą FFT w celu wyodrębnienia zależnych od klucza wzorców częstotliwości.

Badacze wykazali wyciek promieniowania EM między współlokowanymi maszynami wirtualnymi w chmurze, odzyskując klucze AES z maszyny ofiary za pomocą sondy podłączonej do współdzielonej infrastruktury.

CVE-2017-5753 (Spectre), CVE-2017-5754 (Meltdown) oraz atak akustyczny na RSA (Usenix Security 2014) to przełomowe przykłady. Dostawcy przeglądarek ograniczyli rozdzielczość czasomierzy, aby złagodzić ataki na pamięć podręczną.

Co umożliwiło przeprowadzenie akustycznego ataku na RSA w 2013 roku?

Sondy EM zapewniają rozdzielczość przestrzenną większą niż globalny pomiar mocy. Ataki akustyczne wykorzystują świst kondensatorów. Ataki mikroarchitektoniczne (Spectre/Meltdown) wykorzystują pomiar czasu dostępu do pamięci podręcznej. Środki zaradcze obejmują zarówno ekranowanie EM, jak i wyłączanie współdzielonych czasomierzy w przeglądarkach.