Smmdumper

Posted by Maxul's Technical Notes on March 20, 2018

题目： When hardware meets software: a bulletproof solution to forensic memory acquisition

作者： Alessandro Reina, Aristide Fattori, Fabio Pagani, Lorenzo Cavallaro, Danilo Bruschi

单位： Università degli Studi di Milano and Royal Holloway, University of London

出版： ACSAC 2012

解决问题：

  1. 在数字取证和事件反应上，运行时的内存提取是重要手段。理由是持久性存储常用加密来保护对象，而运行时必然有明文大白于天下的时候。
  2. 打开的套接字、文件和运行中的进程都是常见的抽取对象，也只能从内存中获取，但其状态又在持续变化，snapshot有一定难度。
  3. SMMDumper提供了原子化（事务性）地内存取证能力，使用SMM特权模式实现完整可靠地内存取证，并突破了4GB限制。
  4. 原子性：取证的对象状态应一致，即不能被意外中断；可靠性：取证使用的代码和被取证对象的完整性不能被破坏。

贡献点（后三点是其工作，是否足够优秀，有争议）：

  1. 使用固件技术实现完整可靠的内存取证，可抵挡一切恶意攻击；
  2. 绕过4GB访问限制（PAE）；
  3. 对内存取证的数据进行签名，验证完整性；
  4. 使用QEMU实现原型，验证有效性和正确性。

相关工作：

  • 基于软件：使用虚拟化隔离机制（如Xen），dom0可以将其他dom的内存映射到自己内存区域访问（共享内存机制），虽然不会被感知，但一致性无法保证；
  • 基于硬件：使用专门的PCI设备，利用DMA获取内存，但可以配置IOMMU屏蔽DMA访问。
1. HyperCheck周期性触发SMI，将其中的数据发送到远端服务器，但该方案需要安装专门的PCI设备，没有绕过4GB大小限制，对对象的完整性缺乏检查。
2. HyperSleuth使用了虚拟化方案来手收集内存，缺点是攻击者可以干扰发送内存数据的IP包。

威胁模型：

  1. 假设存在硬件，能保证SMI的触发，并将数据传给SMMDumper（该假设很强）；
  2. 攻击者具备OS的root权限，可攻击同一网络的其他机器，发动网络攻击；
  3. 不考虑攻击者可以获取智能卡设备（其藏有私钥），利用SMRAM漏洞，能接触硬件（如关闭系统，使用DMA将内存数据清空等）。

设计：

见图1。

  1. 由一串特殊键盘序列触发SMI；
  2. 进入SMM模式收集内存；
  3. 使用智能卡提供签名，传给远端。
  4. 使用PSE-36绕过4GB内存限制；
  5. 将物理内存划分1KB大小，每次传1KB，使用自定义协议保证完整性。
  6. 为了保证签名的私钥不泄露，使用智能卡来保护（使用了专门的物理硬件）。
  7. 在SMM中实现简单的NIC驱动和UDP协议。

实现：

  1. 使用Qemu 1.0.1来进行模拟；
  2. 和我们一样，TX缓冲区不在SMRAM中，因为NIC无法访问SMRAM；
  3. 传输6GB内存，需要144MB元数据，需要时间814′′。

未来工作：

  1. 支持多处理架构，一个核执行ISR，进行内存取证，其他静默；
  2. 恶意VMM可以拦截rsm指令，避免4GB以上内存被寻址；
  3. 在SMM中支持A-32e，实现超过64GB的索引。

评价：

  1. 介绍部分逻辑写的不是很好，可能是我对SMM比较熟悉，其行文叙述逻辑比较平铺直叙，但不连贯。
  2. 行文假设过多，设计上存在多处硬伤：键盘中断触发时内存没有过多变化，网络传输不会出错，智能卡与SMM的交互没有问题，网络传输时没有中间人攻击等，本质是在设计上使用了过多东西（abuse），引入了很大的攻击面！
  3. 使用智能卡可能是当时的趋势吧，但是使用AESNI来保证完整性更具竞争力。
  4. 该方法无法取证swapped内存数据。可惜的是，虽然使用md5保证传输数据的完整性，但对传输的丢包却做了假设，我们认为：使用TLS协议是目前恰当的选择。
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