«StarBleed»: Kritische Sicherheitslücke in Computer-Chips

Der nachfolgende erste Text stammt aus einer Pressemitteilung des Horst Görtz Institut für IT-Sicherheit und zeigt in kurz auf, um was es bei der kritischen Sicherheitslücke in den FPGAs geht. Danach folgt der Kommentar von Sammy Migues, der Principal Scientist bei der Firma Synopsys ist.

Datum: 16.04.2020
Titel der Pressemitteilung: Kritische Sicherheitslücke «StarBleed» in Computer-Chips identifiziert
Textquelle: Horst Görtz Institut für IT-Sicherheit

Field Programmable Gate Arrays, kurz FPGAs, sind flexibel programmierbare Computer-Chips, die in der Anwendung als sehr sicher gelten. Dass sich darin eine kritische Sicherheitslücke verbirgt, fanden nun Forscher des Horst-Görtz-Instituts für IT-Sicherheit an der Ruhr-Universität Bochum und des Max-Planck-Instituts für Cybersicherheit und Schutz der Privatsphäre in einer gemeinsamen Forschungsarbeit heraus. Die gefundene Lücke tauften sie «StarBleed».

Besonders riskant: Angreifer können über die Schwachstelle die komplette Kontrolle über die Chips und ihre Funktionalitäten erhalten. Da die Sicherheitslücke integraler Bestandteil der Hardware ist, lässt sich das Sicherheitsrisiko nur durch Austauschen der Chips beheben. Der Hersteller wurde informiert und hat bereits reagiert.

Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen die Sicherheitsforscher auf dem 29. Usenix Security Symposium vor, das im August 2020 in Boston, Massachusetts, USA, stattfinden soll. Das wissenschaftliche Paper steht seit dem 15. April 2020 auf der Website von Usenix hier zum Download zur Verfügung.

Kommentar zu: Sicherheitslücken in FPGAs

Datum: 20.04.2020
Autor: Sammy Migues, Principal Scientist bei Synopsys

 

«In dem Masse, in dem Internet-Konnektivität allgegenwärtig geworden ist, scheint sich alles auf der Welt in etwas zu verwandeln, das im Grunde genommen nichts anderes ist als ein Computer in veränderter Gestalt - von Flugzeugen über Autos und Gebäude bis hin zu Haushaltsgeräten und allem, was dazwischen liegt. FPGAs spielen bei dieser Entwicklung und dem Tempo, in dem sie sich vollzieht, eine entscheidende Rolle.

Was sind Field Programmable Gate Arrays (FPGA)?

Field Programmable Gate Arrays (kurz FPGAs) sind Computerchips, die in Wirklichkeit so etwas wie digitale Lego-Bausteine sind. Während man normale CPUs und GPUs als ‹anweisungsbasiert› bezeichnet und sie eine Software ausführen, werden FPGAs so programmiert, dass sie zu einer digitalen Schaltung werden. FPGAs lassen sich dann ziemlich einfach miteinander verketten. Der Schaltkreis kann so eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben übernehmen (einer ihrer grossen Vorteile), die früher Alarmen, Monitoren, Messgeräten und anderen nicht-digitalen, nicht internetfähigen Dingen vorbehalten waren, mit denen viele von uns aufgewachsen sind.

Der Nutzen von FPGA

FPGAs sind in unserer modernen Welt von grossem Nutzen. Das leitet sich aus ihren Eigenschaften ab: Sie sind einerseits eine Hardware, lassen sich aber andererseits beliebig neu programmieren, um alle Arten von möglichen digitalen Schaltungen zu bilden. Vereinfacht und bildlich gesprochen, können Sie einem FPGA sagen, es soll Dinge tun wie ein Toaster und einer anderen Gruppe genau desselben FPGA-Modells sagen, es soll Dinge tun, die üblicherweise ein Thermostat tut. Das ist eine ziemlich praktische Eigenschaft von FPGAs. Ähnlich der, dass Sie mit ein- und demselben Lego-Baustein wahlweise eine Brücke oder eine Rakete bauen können.

Was ein FPGA ist und dem was ein FPGA tut

Was es gilt zu verstehen, ist der Unterschied zwischen dem, was ein FPGA ist und dem was ein FPGA tut. Während wir einem FPGA sagen können sei «ein Toaster», ist ein FPGA selbst ein Gerät mit bestimmten nur ihm eigenen Eigenschaften. Eine dieser Eigenschaften ist die Fähigkeit, «feldprogrammierbar» zu sein. Sie ermöglicht es FPGAs eine bestimmte Art von Schaltung zu werden.

Grundsätzlich ist das ein grosser Vorteil, der sich aber unter bestimmten Voraussetzungen in einen Nachteil verwandeln kann. Dann nämlich, wenn es einem Angreifer gelingt, physisch auf ein FPGA zuzugreifen und die ursprüngliche Programmierung zu manipulieren. Das FPGA erfüllt dann nicht mehr seine ursprüngliche Funktion, sondern setzt die Absichten eines Angreifers um. Am Beispiel unseres Toasters, wird dieser möglicherweise überhitzen. Dann entspricht das FPGA-fähige Gerät, gleich welcher Art es auch sein mag, leider nicht mehr unseren Erwartungen, und es kommt zu schwerwiegenden Folgen.

Da hilft kein Patch-Dienstag

Eine Schwachstelle, die genau das zulässt, haben Forscher kürzlich in einer Reihe von FPGAs entdeckt. Aufgrund dessen wie FPGAs beschaffen sind, kann ein Hersteller nicht einfach einen ‹Patch-Dienstag› ausschreiben und IT-Teams damit die Gelegenheit geben, die Schwachstelle zu beheben. Tatsächlich ist es nicht einmal möglich, die Geräte lokal von einem Hardware-Experten reparieren zu lassen.

Die Natur der Schwachstelle ist so beschaffen, dass die Geräte zwangsläufig ersetzt werden müssen. Das ist immens aufwendig und kostet viel Zeit. In der Zwischenzeit sollten alle, die von dieser Schwachstelle betroffen sind, sicherstellen, dass die physischen Sicherheitsvorkehrungen denjenigen entsprechen, mit denen FPGAs innerhalb der betreffenden Umgebung in Berührung kommen, überwacht oder in irgendeiner anderen Art und Weise beeinträchtigt werden können. Langfristig, da bin ich sicher, wird die gesamte FPGA-Design-Branche von den Lehren profitieren, die wir aus diesem Vorfall ziehen können.»