Электромагнитные и акустические побочные каналы

Помимо энергопотребления микросхемы излучают электромагнитное (EM) излучение и создают акустический шум. Оба канала несут зависящие от данных сигналы, которые могут раскрывать криптографические секреты.

Переключающиеся транзисторы излучают EM. Небольшой зонд, размещённый рядом с IC, может уловить сигналы, пространственно локализованные в одном функциональном блоке, — это точнее глобального измерения энергопотребления.

Зонды EM могут нацеливаться на отдельные модули (например, блок S-box AES), игнорируя остальную часть микросхемы. Это повышает отношение сигнал/шум и уменьшает число трасс, необходимых для восстановления ключа.

TEMPEST (засекреченная правительственная программа US, позднее рассекреченная) изучает EM-излучения дисплеев, клавиатур и логических схем. Перехват Ван Эка восстанавливает содержимое экранов CRT/LCD по утёкшему RF.

В 2013 году Шамир и его коллеги восстановили ключи RSA-4096, записывая высокочастотный писк конденсаторов в ноутбуке. Звук меняется в зависимости от того, какие модульные умножения выполняет CPU.

Spectre (2018) использует спекулятивное выполнение: обращения к памяти, зависящие от секретных данных, оставляют следы в кэше, доступные процессу атакующего. Это нарушает изоляцию процессов между браузерами и виртуальными машинами.

Сброс и повторная загрузка: атакующий сбрасывает строку кэша, жертва обращается к адресу, зависящему от секрета, а атакующий повторно загружает данные и измеряет время обращения. Попадание в кэш = быстро = бит секрета выведен.

Направленный микрофон или контактный микрофон на корпусе улавливает писк конденсаторов. Сигнал оцифровывается с частотой от 44 кГц до 192 кГц и обрабатывается с помощью FFT для извлечения частотных закономерностей, зависящих от ключа.

Исследователи продемонстрировали утечку EM-сигнала между размещёнными на одном физическом узле облачными VM и восстановили ключи AES из VM-жертвы с помощью зонда, подключённого к общей инфраструктуре.

CVE-2017-5753 (Spectre), CVE-2017-5754 (Meltdown) и акустическая атака на RSA (Usenix Security 2014) — известные примеры таких атак. Разработчики браузеров уменьшили разрешение таймеров, чтобы снизить риск атак на кэш.

Что сделало возможной акустическую атаку на RSA в 2013 году?

EM-зонды обеспечивают пространственное разрешение, превосходящее разрешение при измерении общего энергопотребления. Акустические атаки используют писк конденсаторов. Микроархитектурные атаки (Spectre/Meltdown) используют измерение времени доступа к кэшу. Меры защиты варьируются от экранирования EM-сигналов до отключения общих таймеров в браузерах.