Уязвимость в NAND Flash, может привести к повреждению чужих данных на SSD-накопителях

Группа исследователей из Университета Карнеги - Меллона и компании Seagate, выявила низкоуровневую уязвимость в организации хранения информации на современных NAND Flash-чипах, применяемых в SSD-накопителях. Атакующий может сформировать определенную активность со своими данными на накопителе, в результате которой будет нарушена целостность не подконтрольных ему данных, которыми манипулируют другие процессы.

Уязвимость вызвана особенностями хранения данных чипами NAND Flash, поддерживающих технологию MLC (Multi-Level Cell), при которой каждая ячейка может принимать одно из четырех пороговых напряжений (назкое - 0, два промежуточных - 01/10 и высокое - 11), т. е. MLC обеспечивает хранение в одной ячейке сразу двух битов, в отличие от классической схемы SLC (Single-Level Cell), при которой низкое напряжение в ячейке соответствует 0, а высокое - 1. При программировании к ячейке прикладывается высокий уровень напряжения, но из-за паразитной емкостной связи между соседними ячейками, программирование может влиять на уровень заряда в соседних ячейках и появлению ошибок в них.

Для обхода подобного эффекта производители применяют двухэтапный метод программирования ячеек, при котором вначале устанавливается бит, задаваемый промежуточным напряжением, а затем напряжение ячейки доводится до высокого. Исследователи показал, что подобная мера не является полностью надежной и имеет слабое звено. В частности, доказано, что частично запрограммированные ячейки, для которых завершен первый этап программирования, но еще не выполнен второй, значительно более подвержены влиянию изменения напряжения в соседних ячейках и возникновению искажений при чтении ("read disturb"), чем полностью запрограммированные ячейки. В результате разработаны две атаки, нацеленные на искажение значений в частично запрограммированных ячейках.

Первая атака реализуется через выполнение операций записи данных, соответствующих определенному шаблону, который позволят в 4.9 раза увеличить вероятность возникновения ошибки при работе алгоритма программирования ячеек MLC и в качестве косвенного влияния приводит к повреждению значений в соседних ячейках. Метод атаки во многом напоминает атаку Rowhammer, нацеленную на повреждение содержимого ячеек DRAM и также разработанную в университете Карнеги - Меллон.

Вторая атака направлена на искажение данных при чтении значений частично запрограммированных ячеек из-за возникновения ошибок "read disturb" при выполнении большого числа операций чтения за очень короткий отрезок времени. Так как искажаются считываемые данные, то данный вид атаки приводит как к повреждению содержимого, уже сброшенного в частично запрограммированные ячейки, так и страниц памяти которые только готовятся к записи.