端对端的方法检测云供应商是否容易受Rowhammer攻击
介绍
这是一篇来自2020S&P的论文，作者是Lucian Cojocar, Jeremie Kim, Minesh Patel, Lillian Tsai, Stefan Saroiu, Alec Wolman, Onur Mutlu。该论文是从硬件的角度分析云计算安全。
前置知识
1.Rowhammer是一种对动态随机存取存储器（DRAM）攻击方法。这种攻击利用了DRAM在运行过程中产生的意外电荷泄漏效应，在足够多的访问次数后让某个单元的值从1变成0，反之亦然。Rowhammer攻击可以导致存储器单元泄露电荷并可能造成比特翻转，攻击存在的一个原因是现在DRAM存储单元的高密度排列造成的。简单来说就是该攻击是对DRAM中相邻地址的高访问率会翻转存储在附近地址的数据中的位。如下图，通过不断对第一行和第三行的访问，使第二行第三列的数值变为了1。
2.DRAM结构
DRAM由一个二维数组层次结构组成，如下图。在最高级的层面上，DRAM控制器和一个通道上的DRAM rank进行交互，该通道在DRAM控制器和DRAM rank之间传递DRAM命令、地址和数据。多个DRAM rank组成一个DRAM module，DRAM控制器使用芯片选择信号在任何给定的时间内只与一个DRAM rank进行接口交互。一个DRAM rank由多个DRAM芯片组成，DRAM bank被进一步划分为存储单元的行和列，每个单元对单个数据编码。
DRAM读取操作分为三个阶段：1）激活（ACT）储在bank中整个DRAM行单元中的电荷被感知并存储在一个行缓冲区中。行缓冲区充当高速缓存；2)读取（RD）：将位于给定列地址处的行缓冲区的内容返回到DRAM控制器。3)预充（PRE）：通过断开连接和清除活动行缓冲区，银行为下一次访问做好准备。4）刷新（REF）： DRAM单元格会泄漏电荷，当单元格访问不够频繁时，可能会导致数据丢失。为了防止这种情况发生，DRAM控制器会定期发出刷新操作。
作者提出的端对端方法
1.在服务器架构上生成最高速率的ACT命令
首先使用了来自FuturePlus系统的FS2800 DDR检测器，测量执行序列的行激活速率，通过测量ACT速率找到在特定平台上产生最高的ACT速率，以及量化这个ACT速率和DRAM数据表中最有速率的差异。然后评估先前工作指令顺序的性能。通过构建42个不同指令序列进行实验，发现概念的RowHammer攻击和DRAM测试方法存在差异。最后提出新的指令序列，研究表明使用无内存障碍和不容易受无序执行的影响的序列指令下，在两个云服务平台Skylake and Cascade Lake中产生最好的激活率。
2.在任意DRAM设备中进行邻近的逆向工程
设计了一个DDR4故障注入器，用于阻止内存控制器发送给DIMM的REF。该注入器可以逆向工程任何 DDR4 DIMM 的行邻接关系。然后，使用故障注入器对安装在DDR4内存上的DRAM设备的物理行邻接进行了反向工程。实验发现 DRAM 行并不总是遵循线性映射。
