可信平台模块（TPM）安全性研究揭示潜在漏洞

Teh 更新时间 2024年12月24日

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引言

可信平台模块（TPM）是专用处理器或固件，用于保护用于安全操作系统的加密密钥。然而，近期的研究表明，TPM并不完全可靠。来自美国伍斯特理工学院和加州大学圣地亚哥分校，以及德国吕贝克大学的研究人员发现，TPM泄露的时间信息可以恢复用于加密签名的私钥。

研究概述

在一篇于周二发布的论文《TPM-FAIL: TPM与时间和格攻击》中，研究人员Daniel Moghimi、Berk Sunar、Thomas Eisenbarth和Nadia Heninger描述了他们如何成功地对TPM 2.0设备进行了黑箱时间分析，从而恢复了256位的ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）和ECSchnorr签名的私钥，这些私钥本应在TPM内部保持不可见。

时间测量与侧信道攻击

时间测量代表了一种侧信道攻击，可以用来推测加密系统的内部工作原理。研究表明，不同制造商的TPM在进行椭圆曲线签名操作时，存在时间泄露的脆弱性，这使得私有签名密钥的恢复成为可能。论文指出：“我们的分析显示，TPM的椭圆曲线签名操作容易受到时间泄露的攻击，这种泄露足够显著，可以被网络对手远程利用。”

密钥恢复过程

研究人员发现，地方攻击者可以在4到20分钟内从Intel的fTPM中恢复ECDSA密钥，具体时间取决于可用的访问级别。此外，这一技术也可以远程执行，约需五小时即可从VPN服务器中获取认证密钥。

远程攻击的设想

在发给《注册》杂志的一封电子邮件中，Moghimi表示，远程攻击场景假设存在一个配置为使用TPM进行认证的VPN，并且在网络上公开可用。他解释道：“一个本应使用VPN服务的客户端充当对手，窃取VPN服务器的私钥。因此，她可以冒充VPN服务器，破坏其他用户与VPN服务器的安全通信。”

为了测量每次认证握手所需的时间，攻击者需要进行多次握手，然后利用这些时间测量作为侧信道，以推断VPN服务器在TPM内部的秘密信息。这些握手在网络流量中看起来像正常的流量，并不会明显表现出恶意。

攻击的复杂性

Moghimi指出：“由于网络在时间通道上的噪声，远程攻击需要更长时间。网络越快，远程攻击的效果就越好，因为时间噪声会更少。”他补充道，研究团队在一个简单的1GB本地网络上进行了测试，这在许多组织和公司中很常见。他认为，在10GB网络或光纤网络上，远程攻击的速度和难度会更低。

TPM的安全漏洞

研究人员识别了Intel的fTPM（基于固件的TPM）中的缺陷，影响了运行Intel管理引擎的PC和笔记本电脑，包括华硕、联想、戴尔和惠普等厂商的设备。此外，STMicroelectronics的专用TPM硬件（ST33TPHF2ESPI）也存在这些漏洞。这些漏洞存在于被认为能抵抗侧信道攻击的FIPS 140-2 Level 2和Common Criteria (CC) EAL 4+认证的设备中。

研究人员还测试了Infineon和Nuvoton的TPM。Infineon硬件（SLB 9670）表现出非恒定时间行为，但似乎没有可利用的漏洞。Nuvoton单元（rls NPCT）在ECDSA中显示出恒定时间行为，意味着它不易受攻击。

漏洞披露与修复

这些安全漏洞被标记为Intel fTPM的CVE-2019-11090和STMicroelectronics TPM芯片的CVE-2019-16863。研究人员负责任地向这两家公司披露了他们的发现，并将在1月的真实世界密码学2020会议上发表他们的工作，同时也与Intel和STMicroelectronics的补丁发布相吻合。

Intel在其安全博客中披露了其补丁，指出其管理引擎相关的24个缺陷中发现了22个。STMicroelectronics尚未立即回应评论请求，但研究人员表示，该公司已发布一款新芯片来修复这些缺陷。