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Vulnerabilidad de ejecución transitoria de la CPU

Las vulnerabilidades de ejecución transitoria de la CPU son vulnerabilidades en las que las instrucciones, generalmente optimizadas mediante ejecución especulativa , se ejecutan...

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Las vulnerabilidades de ejecución transitoria de la CPU son vulnerabilidades en las que las instrucciones, generalmente optimizadas mediante ejecución especulativa , se ejecutan temporalmente por un microprocesador sin confirmar sus resultados debido a una predicción errónea o un error, lo que provoca la filtración de datos secretos a terceros no autorizados. El arquetipo es Spectre , y los ataques de ejecución transitoria como Spectre pertenecen a la categoría de ataques de caché, una de las diversas categorías de ataques de canal lateral . Desde enero de 2018 se han identificado muchas vulnerabilidades diferentes de ataque de caché.

Descripción general

Los ordenadores modernos son dispositivos altamente paralelos, compuestos por componentes con características de rendimiento muy diferentes. Si una operación (como un salto) no puede ejecutarse porque una operación anterior lenta (como una lectura de memoria) aún no ha finalizado, un microprocesador puede intentar predecir el resultado de la operación anterior y ejecutar la operación posterior de forma especulativa , actuando como si la predicción fuera correcta. La predicción puede basarse en el comportamiento reciente del sistema. Cuando la operación anterior, más lenta, finaliza, el microprocesador determina si la predicción fue correcta o incorrecta. Si fue correcta, la ejecución continúa sin interrupciones; si fue incorrecta, el microprocesador revierte las operaciones ejecutadas de forma especulativa y repite la instrucción original con el resultado real de la operación lenta. Específicamente, una instrucción transitoria [ 1 ] se refiere a una instrucción procesada por error por el procesador (que incrimina al predictor de saltos en el caso de Spectre ) que puede afectar el estado microarquitectónico del procesador, dejando en el estado arquitectónico ningún rastro de su ejecución.

En lo que respecta al comportamiento directamente visible del ordenador, es como si el código ejecutado de forma especulativa "nunca hubiera ocurrido". Sin embargo, esta ejecución especulativa puede afectar al estado de ciertos componentes del microprocesador, como la caché , y este efecto puede detectarse mediante un control minucioso de la temporización de las operaciones posteriores.

Si un atacante logra que el código ejecutado de forma especulativa (que puede haber sido escrito directamente por el atacante o puede ser un dispositivo adecuado que haya encontrado en el sistema objetivo) opere sobre datos secretos a los que no tiene autorización para acceder, y tenga un efecto diferente en la caché para diferentes valores de los datos secretos, podría descubrir el valor de dichos datos.

Cronología

2018

A principios de enero de 2018, se informó que todos los procesadores Intel fabricados desde 1995 [ 2 ] [ 3 ] (excepto Intel Itanium e Intel Atom anteriores a 2013 ) habían sido objeto de dos fallos de seguridad denominados Meltdown y Spectre . [ 4 ] [ 5 ]

El impacto en el rendimiento resultante de los parches de software es "dependiente de la carga de trabajo". Se han publicado varios procedimientos para ayudar a proteger las computadoras domésticas y dispositivos relacionados de las vulnerabilidades de seguridad Spectre y Meltdown. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Se ha informado que los parches Spectre ralentizan significativamente el rendimiento, especialmente en computadoras antiguas; en las plataformas Core de octava generación más recientes, se han medido caídas de rendimiento de referencia de 2 a 14 %. [ 10 ] Los parches Meltdown también pueden producir pérdida de rendimiento. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Se cree que "cientos de millones" de sistemas podrían verse afectados por estas fallas. [ 3 ] [ 14 ] Se revelaron más fallos de seguridad el 3 de mayo de 2018, [ 15 ] el 14 de agosto de 2018, el 18 de enero de 2019 y el 5 de marzo de 2020. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

En ese momento, Intel no hizo comentarios sobre este asunto. [ 20 ] [ 21 ]

El 15 de marzo de 2018, Intel informó que rediseñará sus CPU (las pérdidas de rendimiento están por determinar) para protegerse contra la vulnerabilidad de seguridad Spectre , y espera lanzar los procesadores rediseñados a finales de 2018. [ 22 ] [ 23 ]

El 3 de mayo de 2018 se reportaron ocho vulnerabilidades adicionales de la clase Spectre. Intel informó que está preparando nuevos parches para mitigar estas vulnerabilidades. [ 24 ]

El 14 de agosto de 2018, Intel reveló tres fallos adicionales en sus chips, denominados L1 Terminal Fault (L1TF) . Informaron que las actualizaciones de microcódigo publicadas anteriormente, junto con las nuevas actualizaciones de microcódigo previas al lanzamiento, pueden utilizarse para mitigar estos fallos. [ 25 ] [ 26 ]

2019

El 18 de enero de 2019, Intel reveló tres nuevas vulnerabilidades que afectan a todas las CPU de Intel, denominadas " Fallout ", " RIDL " y " ZombieLoad ", que permiten a un programa leer información escrita recientemente, leer datos en los búferes de llenado de línea y los puertos de carga, y filtrar información de otros procesos y máquinas virtuales. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Las CPU de la serie Coffee Lake son aún más vulnerables, debido a las medidas de mitigación de hardware para Spectre . [ 30 ]

2020

El 5 de marzo de 2020, expertos en seguridad informática informaron sobre otra vulnerabilidad de seguridad en chips Intel, además de las vulnerabilidades Meltdown y Spectre , con el nombre sistemático CVE - 2019-0090 (o " Intel CSME Bug "). [ 16 ] Esta vulnerabilidad recién descubierta no se puede solucionar con una actualización de firmware y afecta a casi "todos los chips Intel lanzados en los últimos cinco años". [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

2021

En marzo de 2021, investigadores de seguridad de AMD descubrieron que el algoritmo Predictive Store Forwarding en las CPU Zen 3 podía ser utilizado por aplicaciones maliciosas para acceder a datos a los que no debería tener acceso. [ 31 ] Según Phoronix, deshabilitar esta función tiene un impacto mínimo en el rendimiento. [ 32 ]

En junio de 2021, se descubrieron dos nuevas vulnerabilidades, Speculative Code Store Bypass ( SCSB , CVE-2021-0086 ) e Floating Point Value Injection (FPVI, CVE-2021-0089 ), que afectan a todas las CPU x86-64 modernas tanto de Intel como de AMD. [ 33 ] Para mitigarlas, es necesario reescribir y recompilar el software. Las CPU ARM no se ven afectadas por SCSB, pero algunas arquitecturas ARM específicas sí se ven afectadas por FPVI. [ 34 ]

También en junio de 2021, investigadores del MIT revelaron el ataque PACMAN a los códigos de autenticación de punteros (PAC) en ARM v8.3A. [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]

En agosto de 2021 se reveló una vulnerabilidad llamada " Ejecución transitoria de accesos no canónicos " que afectaba a ciertas CPU AMD. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] Requiere las mismas medidas de mitigación que la vulnerabilidad MDS que afecta a ciertas CPU Intel. [ 41 ] Se le asignó el CVE-2020-12965 . Dado que la mayoría del software x86 ya está parcheado contra MDS y esta vulnerabilidad tiene exactamente las mismas medidas de mitigación, los proveedores de software no tienen que abordar esta vulnerabilidad.

En octubre de 2021, por primera vez, se reveló una vulnerabilidad similar a Meltdown [ 42 ] [ 43 ] que afectaba a todas las CPU de AMD; sin embargo, la empresa no cree que sea necesario aplicar nuevas medidas de mitigación y considera que las existentes son suficientes. [ 44 ]

2022

En marzo de 2022, se reveló una nueva variante de la vulnerabilidad Spectre llamada Inyección de Historial de Ramas . [ 45 ] [ 46 ] Afecta a ciertas CPU ARM64 [ 47 ] y a las siguientes familias de CPU Intel: Cascade Lake , Ice Lake , Tiger Lake y Alder Lake . Según los desarrolladores del kernel de Linux, las CPU AMD también se ven afectadas. [ 48 ]

En marzo de 2022, se reveló una vulnerabilidad que afectaba a una amplia gama de CPU de AMD bajo el CVE-2021-26341 . [ 49 ] [ 50 ]

En junio de 2022, se anunciaron múltiples vulnerabilidades de CPU Intel MMIO relacionadas con la ejecución en entornos virtuales . [ 51 ] Se designaron los siguientes CVE: CVE-2022-21123 , CVE-2022-21125 , CVE-2022-21166 .

En julio de 2022, se reveló la vulnerabilidad Retbleed , que afectaba a las CPU Intel Core de sexta a octava generación y a las CPU AMD Zen de primera, segunda y tercera generación. Las microarquitecturas Intel más recientes, así como las de AMD a partir de Zen 3, no se vieron afectadas. Las medidas para mitigar esta vulnerabilidad reducen el rendimiento de las CPU Intel afectadas hasta en un 39 %, mientras que las CPU AMD lo reducen hasta en un 14 %.

En agosto de 2022, se reveló la vulnerabilidad SQUIP que afectaba a las CPU de las series Ryzen 2000-5000. [ 52 ] Según AMD, las medidas de mitigación existentes son suficientes para protegerse de ella. [ 53 ]

Según una reseña de Phoronix publicada en octubre, las CPU Zen 4 / Ryzen 7000 de 2022 no se ralentizan con las mitigaciones; de hecho, deshabilitarlas conlleva una pérdida de rendimiento. [ 54 ] [ 55 ]

2023

En febrero de 2023 se reveló una vulnerabilidad que afectaba a una amplia gama de arquitecturas de CPU AMD llamada " Predicciones de direcciones de retorno entre subprocesos ". [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]

En julio de 2023 se hizo pública una vulnerabilidad crítica en la microarquitectura Zen 2 de AMD llamada Zenbleed . [ 59 ]AMD lanzó una actualización de microcódigo para solucionarlo. [ 60 ]

En agosto de 2023 se reveló una vulnerabilidad en las microarquitecturas Zen 1 , Zen 2 , Zen 3 y Zen 4 de AMD llamada Inception [ 61 ] [ 62 ] y se le asignó el CVE-2023-20569 . Según AMD no es práctico [ 63 ] pero la compañía lanzó una actualización de microcódigo para los productos afectados. [ 61 ]

También en agosto de 2023 se reveló una nueva vulnerabilidad llamada Downfall o Gather Data Sampling , [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] que afecta a las familias de procesadores Intel Skylake, Cascade Lake, Cooper Lake, Ice Lake, Tiger Lake, Amber Lake, Kaby Lake, Coffee Lake, Whiskey Lake, Comet Lake y Rocket Lake. Intel lanzará una actualización de microcódigo para los productos afectados.

La vulnerabilidad SLAM [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] ( Spectre basado en Linear Address Masking ) reportada en 2023 no ha recibido un CVE correspondiente, ni ha sido confirmada o mitigada.

2024

En marzo de 2024, se publicó una variante del ataque Spectre-V1 llamada GhostRace . [ 71 ] Se afirmó que afectaba a todas las principales microarquitecturas y proveedores, incluidos Intel, AMD y ARM. Se le asignó el CVE-2024-2193 . AMD desestimó la vulnerabilidad (llamándola "Condiciones de carrera especulativas (SRC)") alegando que las mitigaciones existentes eran suficientes. [ 72 ] Los desarrolladores del kernel de Linux optaron por no agregar mitigaciones citando preocupaciones de rendimiento. [ 73 ] El proyecto del hipervisor Xen publicó parches para mitigar la vulnerabilidad, pero no están habilitados por defecto. [ 74 ]

También en marzo de 2024, se reveló una vulnerabilidad en los procesadores Intel Atom llamada Muestreo de Datos del Archivo de Registros ( RFDS ). [ 75 ] Se le asignó el CVE-2023-28746 . Sus mitigaciones conllevan una ligera degradación del rendimiento. [ 76 ]

En abril de 2024, se reveló que la vulnerabilidad BHI en ciertas familias de CPU Intel aún podía ser explotada en Linux completamente en el espacio de usuario sin usar ninguna característica del kernel ni acceso de root a pesar de las mitigaciones existentes. [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] Intel recomendó "fortalecimiento de software adicional". [ 80 ] El ataque fue asignado CVE-2024-2201 .

En junio de 2024, investigadores de Samsung Research y de la Universidad Nacional de Seúl revelaron el ataque TikTag contra la extensión Memory Tagging en las CPU ARM v8.5A. Los investigadores crearon PoC para Google Chrome y el kernel de Linux . [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] Investigadores de VUSec revelaron previamente que la extensión Memory Tagging de ARM es vulnerable a la exploración especulativa. [ 85 ] [ 86 ]

En julio de 2024, investigadores de UC San Diego revelaron el ataque Indirector contra las CPU Intel Alder Lake y Raptor Lake que aprovechaba la inyección de destino de rama (BTI) de alta precisión. [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] Intel restó importancia a la gravedad de la vulnerabilidad y afirmó que las medidas de mitigación existentes eran suficientes para abordar el problema. [ 90 ] No se asignó ningún CVE.

2025

En enero de 2025, investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia publicaron dos informes técnicos sobre ataques de especulación de datos mediante predicción de direcciones de carga en Apple Silicon (SLAP) y sobre cómo vulnerar la CPU Apple M3 mediante predicciones falsas de salida de carga (FLOP). [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]

También en enero de 2025, ARM reveló una vulnerabilidad ( CVE- 2024-7881 ) en la que un contexto no privilegiado puede activar un motor de precarga dependiente de la memoria de datos para obtener datos de una ubicación privilegiada, lo que podría conducir a un acceso no autorizado. Para mitigar el problema, Arm recomienda deshabilitar el prefetcher afectado configurando CPUACTLR6_EL1[41]. [ 94 ] [ 95 ]

En mayo de 2025, VUSec publicó tres vulnerabilidades que se extienden a Spectre-v2 en varias arquitecturas Intel y ARM bajo el nombre de Training Solo . [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] Las mitigaciones requieren una actualización del microcódigo para las CPU Intel y cambios en el kernel de Linux.

  • El ataque basado en el historial afecta a todas las CPU de Intel con eIBRS, incluidas las más recientes a partir de 2025, la última generación de Intel Lion Cove que incorpora la función BHI_NO y determinadas microarquitecturas ARM.
  • La vulnerabilidad de selección indirecta de objetivos (ITS) ( CVE -2024-28956 ) afecta a las generaciones 9.ª a 11.ª de procesadores Intel Core y a las generaciones 2.ª y 3.ª de procesadores Intel Xeon.
  • El problema de Lion Cove BPU ( CVE -2025-24495 ) afecta al núcleo de Lion Cove, Lunar Lake y Arrow Lake.

También en mayo de 2025, el Grupo de Seguridad Informática de ETH Zurich, «COMSEC», reveló la vulnerabilidad de inyección de privilegios de rama que afecta a todas las arquitecturas Intel x86 a partir de la novena generación (Coffee Lake Refresh) bajo el identificador CVE- 2024-45332 . [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] Se requiere una actualización del microcódigo para mitigarla. Esto conlleva una disminución del rendimiento de hasta un 8 %.

En julio de 2025, AMD reveló una nueva clase de vulnerabilidades de ejecución especulativa conocidas como Ataques de Planificador Transitorio (TSA) , descubiertas por investigadores de Microsoft. Estos ataques afectan a las microarquitecturas AMD Zen 3 y Zen 4 , y explotan fugas de temporización microarquitectónicas en la lógica del planificador de la CPU (específicamente, el reenvío de datos incorrectos durante la finalización falsa de cargas especulativas) para inferir datos confidenciales de otros procesos o niveles de privilegio. TSA abarca cuatro vulnerabilidades: CVE- 2024-36350 (TSA-SQ), que filtra datos de almacenamientos anteriores; CVE- 2024-36357 (TSA-L1), que aprovecha la caché de datos L1; CVE- 2024-36348 , que permite lecturas especulativas de registros de control; y CVE- 2024-36349 , que filtra valores del registro TSC_AUX. Las medidas de mitigación incluyen actualizaciones de microcódigo, parches del kernel de Linux ( ajustables) y el uso opcional de la instrucción, aunque con posibles costes de rendimiento.tsa=VERW

En septiembre de 2025, investigadores de ETH Zurich revelaron VMScape ( CVE- 2025-40300 ), un ataque de ejecución transitoria al estilo Spectre -BTI que explota el aislamiento incompleto del predictor de bifurcaciones entre las máquinas virtuales invitadas y los hipervisores del espacio de usuario del host (en particular QEMU bajo KVM), lo que permite a un invitado malicioso influir en la ejecución especulativa y filtrar memoria sensible del host. El fallo afecta a los procesadores AMD Zen 1-5 e Intel " Coffee Lake ", y las medidas de mitigación incluyen parches del kernel de Linux que emiten condicionalmente instrucciones de barrera de predicción de bifurcaciones indirectas (IBPB) en VMEXIT antes de devolver el control al espacio de usuario para vaciar el estado del predictor.

2026

En febrero de 2026, en FOSDEM 2026, la charla "¿Qué tan seguras son las CPU RISC-V comerciales?" [ 102 ] cubrió las propiedades de seguridad de varios procesadores RISC-V disponibles comercialmente y mostró que las implementaciones actuales ya presentan debilidades relacionadas con canales laterales microarquitectónicos y comportamiento especulativo. Los investigadores demostraron que incluso los núcleos RISC-V in-orden relativamente "simples" pueden filtrar información sensible a través de canales de temporización, contadores de rendimiento no privilegiados y extensiones no documentadas específicas del proveedor. Los autores argumentaron que el análisis manual de tales diseños no es escalable y presentaron RISCover [ 103 ] , un marco de fuzzing diferencial de código abierto, para comparar el comportamiento arquitectónico entre núcleos y configuraciones. Mediante este enfoque, identificaron problemas como accesos a memoria fuera de los límites y condiciones de denegación de servicio, y sugirieron que la falta de mecanismos estandarizados para limitar la especulación y las fuentes de temporización aumenta el riesgo de vulnerabilidades de ejecución transitoria similares a las observadas anteriormente en los procesadores x86 y ARM.

En abril de 2026, se informó sobre Floating Point Divider State Sampling (FP-DSS), una vulnerabilidad de ejecución transitoria que afecta a varias generaciones de CPU AMD, en un documento titulado "TREVEX: A Black-Box Detection Framework For Data-Flow Transient Execution Vulnerabilities". [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ] Se le asignó el CVE- 2025-54505 .

Futuro

Las vulnerabilidades de la clase Spectre permanecerán sin corregir, ya que de lo contrario los diseñadores de CPU tendrían que deshabilitar la ejecución especulativa , lo que implicaría una pérdida masiva de rendimiento. A pesar de esto, AMD ha logrado diseñar Zen 4 de tal manera que su rendimiento no se vea afectado por las medidas de mitigación. [ 54 ] [ 55 ]

Resumen de vulnerabilidades y medidas de mitigación

* Varias microarquitecturas de CPU no incluidas anteriormente también se ven afectadas, entre ellas ARM , IBM Power , IBM Z , MIPS y otras. [ 108 ] [ 109 ] [ 110 ] [ 111 ] Las vulnerabilidades que comienzan con SLAM no están incluidas en la tabla. Solo existe como evidencia histórica porque no incluye las arquitecturas x86 más recientes de AMD e Intel.

** La arquitectura Coffee Lake de octava generación en esta tabla también se aplica a una amplia gama de CPU Intel lanzadas anteriormente, no limitadas a las arquitecturas basadas en Intel Core , Pentium 4 e Intel Atom a partir de Silvermont . [ 112 ] [ 113 ]

Notas

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 Paso del lago Whiskey C [ 114 ] Paso del lago Coffee D
  2. 1 2 3 4 Lago Cometa excepto U42 (CPUID 806EC) [ 114 ]
  3. 1 2 Cascade Lake paso 5 [ 127 ]
  4. ↑ Ice Lake Xeon-SP (CPUID 606A*) [ 114 ]
  5. ↑ Lago Cometa U42 Lago Ámbar (CPUID 806EC) [ 114 ]
  6. ↑ Lago Cascade [ 114 ]
  7. ↑ Familia Ice Lake Core (CPUID 706E5) [ 114 ]

Referencias

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  • Documentación del kernel de Linux: Vulnerabilidades de hardware
  • spectre-meltdown-checker en GitHub
  • Vulnerabilidades asociadas con la ejecución especulativa de la CPU
  • Una evaluación sistemática de los ataques y defensas de ejecución transitoria.
  • Un árbol dinámico de vulnerabilidades de ejecución transitoria para CPU Intel, AMD y ARM.
  • Ataques de ejecución transitoria por Daniel Gruss, 20 de junio de 2019
  • Errores de la CPU
  • Intel: Terminología de ejecución especulativa refinada