لطالما كانت ثغرة Rowhammer، التي تستغل ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، مشكلة معروفة تواجه وحدات المعالجة المركزية (CPU) لأكثر من عقد من الزمان. ولكن اليوم، تتسع دائرة هذا التهديد لتشمل وحدات معالجة الرسومات (GPU) عالية الأداء، مع احتمالية ترتب عواقب وخيمة مماثلة. يُظهر العمل البحثي الأخير أن هذه الهجمات الجديدة تتيح للمهاجمين إحداث تقلبات في البتات داخل ذاكرة وحدات معالجة الرسومات، مما يمنحهم وصولاً عشوائيًا للقراءة والكتابة إلى ذاكرة وحدة المعالجة المركزية، ويؤدي في النهاية إلى اختراق كامل للنظام.
في تطور مثير للقلق، كشفت ثلاثة فرق بحثية تعمل بشكل مستقل أن بطاقات الجيل Ampere من شركة Nvidia، بما في ذلك طرازات RTX 3060 وRTX 6000، معرضة لهذه الهجمات. هذا الكشف ينقل هجمات Rowhammer إلى مستوى جديد تمامًا، مؤكدًا أن ما كان يُعتقد أنه حكر على وحدات المعالجة المركزية، يمثل الآن تهديدًا خطيرًا على وحدات معالجة الرسومات.
آلية عمل الهجمات الجديدة
تعمق الباحثون في آليات هذه الهجمات، وكشفوا عن طرق جديدة تمكن المهاجمين من تحقيق اختراق كامل للجهاز. تتلخص الفكرة الأساسية في إحداث تقلبات في البتات داخل ذاكرة وحدة معالجة الرسومات للحصول على وصول عشوائي للقراءة والكتابة إلى كامل ذاكرة وحدة المعالجة المركزية.
هجوم GDDRHammer
أحد الهجمات المكتشفة، ويُسمى GDDRHammer، تمكن من إحداث تقلبات بمعدل 129 بت لكل بنك ذاكرة على بطاقة RTX 6000. يمثل هذا زيادة هائلة قدرها 64 ضعفًا مقارنة بمحاولات Rowhammer السابقة الموثقة على وحدات معالجة الرسومات في العام الماضي، مما يدل على تطور كبير في قوة هذه الهجمات.
هجوم GeForge
الهجوم الثاني، الذي أطلقه Zhenkai Zhang وفريقه وأطلقوا عليه اسم GeForge، حقق تقلبات بمقدار 1171 بت ضد بطاقة RTX 3060 و202 بت ضد بطاقة RTX 6000. يستخدم هذا الهجوم، مثل GDDRHammer، أنماط طرق جديدة وتقنية تسمى «تدليك الذاكرة» لإفساد جداول صفحات وحدة معالجة الرسومات (GPU). بمجرد تلف هذه الجداول، يمكن للمهاجم الحصول على حق الوصول التعسفي للقراءة والكتابة إلى مساحة ذاكرة وحدة معالجة الرسومات، ومن ثم الوصول إلى ذاكرة وحدة المعالجة المركزية المضيفة، مما يؤدي إلى اختراق كامل للنظام.
هجوم GPUBreach
يتخذ الهجوم الثالث، المسمى GPUBreach، نهجًا مختلفًا وأكثر إثارة للقلق. فبدلاً من الاعتماد فقط على تقلبات البت، يستغل هذا الهجوم أخطاء سلامة الذاكرة في برنامج تشغيل Nvidia نفسه. أوضح الباحثون أن هذا الهجوم يفسد البيانات الوصفية (metadata) داخل المخازن المؤقتة المسموح بها، مما يتسبب في كتابة خارج الحدود التي يتحكم فيها المهاجم. والنتيجة هي غلاف جذر (root shell) على الجهاز المضيف دون الحاجة إلى أي تكوين خاص للأجهزة، مما يجعله تهديدًا بالغ الخطورة.
التخفيفات والتحديات الأمنية
توجد بعض التدابير للتخفيف من هذه الهجمات، لكنها ليست كاملة الفعالية. يؤدي تمكين IOMMU (وحدة إدارة الذاكرة المدخلة/المخرجة) إلى إغلاق الثغرات الأمنية ضد هجمات GDDRHammer وGeForge. ومع ذلك، فإنه يفشل في مواجهة هجوم GPUBreach، حتى عند تمكينه في BIOS. الجدير بالذكر أن IOMMU يتم تعطيله افتراضيًا في معظم الأنظمة، حيث أن تمكينه يقلل من الأداء، وهو ما يدفع العديد من المسؤولين إلى تركه معطلاً.
يوفر تمكين رموز تصحيح الأخطاء (debugging symbols) على وحدة معالجة الرسومات بعض الحماية ضد الهجمات الثلاث جميعها، لكنه يفرض أيضًا عقوبات على الأداء نظرًا لأنه يقلل من الذاكرة القابلة للاستخدام. يشير الباحثون إلى أن الاختبارات تركزت على بطاقات جيل Ampere من عام 2020، مما يعني أن الأجيال الجديدة قد تكون معرضة للخطر أيضًا، علمًا أن الأبحاث الأكاديمية غالبًا ما تتأخر عن طرح المنتجات الجديدة.
حتى الآن، لا توجد حالات معروفة لاستخدام هجمات Rowhammer في بيئات حقيقية، مما يحد من التهديد العملي المباشر. ومع ذلك، فإن قدرة هجوم GPUBreach على تجاوز IOMMU تُعد أمرًا مقلقًا بشكل خاص، خاصة بالنسبة لمقدمي خدمات التخزين السحابي الذين يشاركون موارد وحدات معالجة الرسومات باهظة الثمن بين العديد من العملاء، مما يفتح بابًا لمخاطر أمنية جديدة في بيئات الحوسبة السحابية المشتركة.