Lazy FPU Save/Restore (CVE-2018-3665)

Root Cause

FPU/SSE/AVX 상태 Lazy save/restore:

최신 프로세서는 시스템 성능을 향상시키기 위해 다양한 기술을 사용합니다. 이러한 기술 중 하나는 태스크 전환시에 특정 CPU 컨텍스트 상태를 저장 및 복원하는 것을 지연시키는 것입니다. 현대 프로세서에서는 과학, 엔지니어링 및 그래픽 응용 프로그램에서 고정밀 부동 소수점 연산을 처리하는데 부동 소수점 장치 (FPU: Floating Point Unit)를 일반적으로 사용합니다. FPU는 데이터 레지스터, 상태 레지스터, 제어 레지스터, opcode 레지스터에서 자체 컨텍스트 상태를 유지합니다.

태스크/컨텍스트 전환은 사용자 응용 프로그램이 커널 함수를 호출하거나 프로세스가 대기열의 다음 과정을 먼저 예약하려할 때 발생합니다. 작업 전환 시 프로세서는 현재 실행 컨텍스트 (다양한 레지스터, 명령 및 스택 포인터 등)를 저장하고 새 프로세스의 컨텍스트를 로드합니다. 이렇게 하면 모든 응용 프로그램이 FPU (Floating Point Unit)를 사용하지는 않기 때문에 FPU/SSE 컨텍스트 상태 복원을 지연시킬 수 있습니다. 새롭게 예약된 프로세스가 FP (Floating-Point) 명령을 사용하지 않으면 FPU 컨텍스트 상태를 저장/복원할 필요가 없으므로 실행 사이클을 절약하고 성능을 향상시킬 수 있습니다.

lazy restore 방식에서 작업 전환 중에 프로세스에 의해 실행되는 첫 번째 FP 명령은 “Device not Available (DNA)” 예외를 발생시킵니다. DNA 예외 처리기는 현재 FPU 컨텍스트를 이전 태스크의 상태 저장 영역에 저장하고 현재 프로세스의 새로운 FPU 컨텍스트를 로드합니다. 즉 FPU 상태를 로드하는 동작이 현재 태스크가 FP 명령을 호출할 때 까지 지연된다는 것이 "Lazy FPU restore"입니다.

최신 프로세서에는 하드웨어에서 FPU 복원을 보다 효율적으로 구현하는 프로세서 확장 (“XSAVEOPT”)이 포함되어 있어 DNA 예외에 의존하지 않고 lazy FPU의 성능 향상을 가져올 수 있습니다. 이러한 프로세서에서 Red Hat Enterprise Linux 7은 이미 eager FPU restore를 사용하고 있으므로 이번 취약점의 영향을 받지 않습니다. 실제로 FPU 레지스터는 블록 메모리 복사 및 문자열 연산을 사용하므로 이전 프로세서에서 lazy FPU restore가 성능 향상에 현저하게 도움이 되지 않습니다.

영향
새로 예약된 작업은 여기에 설명된 취약점을 사용하여 다른 작업의 부동 소수점 레지스터 상태를 추측할 수 있으며 이를 통해 기밀 정보가 유출될 수 있습니다.