Les vulnérabilités matérielles : où la limite
de la cybersécurité

Les avancées spectaculaires dans les nouvelles technologies, et plus particulièrement dans la
puissance de calcul des ordinateurs, bien qu’elles aient permis de révolutionner le monde, cache en
réalité un problème de fond dût à la réduction de la taille des composants informatiques.
Plus les semi-conducteurs se miniaturisent, plus les circuits imprimés deviennent complexes et
perdent en stabilité.

Toujours à l’étape d’expérimentation, il existe des vulnérabilités qui concernent le matériel
informatique en lui-même. Pour de telles failles, il n’existe pas de remédiations efficaces autre que
de changer directement le matériel défectueux. Ces vulnérabilités peuvent prendre plusieurs formes
comme utiliser une faiblesse dans l’architecture d’un processeur, comme les attaques Spectre et
Meltdown ou bien Rowhammer qui touche les mémoire vive.

La vulnérabilité Rowhammer

Rowhammer, littéralement traduisible par « martèlement de mémoire » est une vulnérabilité des
mémoires vives dynamiques (DRAM) causée par les propriétés électriques des transistors et des
condensateurs. En effet une mémoire vive est une matrice de ces petits composants, chacun
correspondant à une zone mémoire appelée cellule. En « martelant » la lecture d’une même zone
mémoire, il est possible de changer la valeur de la donnée d’une cellule voisine.

Un tel procédé est devenu possible grâce à la miniaturisation des mémoires vives qui sont devenus
de plus en plus sujettes à ce genre de problème.

En réalisant cela, un attaquant pourrait passer outre les mécanismes de défenses des systèmes
d’exploitation et accéder à un contrôle total sur la machine cible.

Pourtant assez compliqué à comprendre d’un point de vue technique, le code permettant sa
réalisation ne comprend que quelques lignes :

hammer:
mov (X), %eax // lecture de l'adresse mémoire X
mov (Y), %ebx // lecture de l'adresse mémoire Y
clflush (X) // supprimer du cache l'adresse X
clflush (Y) // supprimer du cache l'adresse Y
mfence // forcer la priorité en mémoire des adresses X et Y (sérialisation)
jmp hammer //redémarrage du programme

En admettant que le pirate veuille changer la valeur d’une zone mémoire X, il faudrait aussi lire une
autre ligne de la même zone mémoire pour réécrire sur la mémoire cache et ainsi être sûr de lire de
façon répétée et rapidement à l’endroit voulu.

Comment s’y protéger

Il n’existe pas de réels correctifs aux vulnérabilités physiques comme il pourrait en avoir pour une vulnérabilité dans un logiciel. 

Dans le cas de rowhammer nous pouvons installer des pansements au niveau logiciel en rafraîchissant une certaine partie de la mémoire vive régulièrement mais cela revient à réparer une fuite d’un barrage avec du scotch. 

La seule solution pour ne pas être exposé à ce type d’attaque consiste à changer le matériel défectueux, dans le cas de rowhammer il faudrait aller jusqu’à entièrement repenser l’architecture même des ordinateurs moderne !  

Des attaques difficiles à exploiter

Bien que ce type d’attaque pourrait potentiellement toucher des millions d’ordinateurs dans le
monde, elle ne reste aujourd’hui pas moins qu’au stade de l’expérimentation et réaliser avec brio
seulement par des laboratoires de recherches.

La raison est qu’exploiter des vulnérabilités physiques demande une connaissance poussée sur
l’architecture des ordinateurs, sur le fonctionnement des systèmes d’exploitation et sur la
programmation bas-niveau.

En plus de tout cela, ces attaques ont une part importante de facteurs, difficilement contrôlable,
comme le temps, la chaleur ou bien la tension électrique.

Dans un futur proche, il n’est tout de même pas impossible que des groupes subventionnés par des
états-nations exploitent de telles vulnérabilités sur des cibles géostratégiques importantes, comme
ce fut le cas pour le virus Stuxnet qui toucha une centrale nucléaire en Iran.