SGX: the good, the bad and the downright ugly

文章：https://www.virusbulletin.com/virusbulletin/2014/01/sgx-good-bad-and-downright-ugly

作者：Shaun Davenport，Richard Ford

原文從安全角度談對于SGX的看法，這裡整理了其中一小部分。

How does SGX work?

SGX enclave主要是一個隔離和加密代碼與資料的區域，enclave隻在處理器内部解密，即便直接讀RAM也是安全的。enclave在應用的虛拟位址空間内。

因為enclave建立是一條特權指令，應該有處理應用建立enclave的請求的API，這樣作業系統可以對enclave建立實作通路控制。因為enclave利用強加密，是以密鑰的生成和管理成為安全保證的重點。通過EGETKEY生成enclave使用的密鑰，密鑰是三種因素組成，一是SGX的安全版本号，一些版本号顯示了處理器啟動和影響SGX指令身份的系統操作的相關階段的更新檔層次；二是裝置ID，一個綁定處理器的128位數；三是Owner Epoch，給擁有者增加密鑰熵值的能力。

有了這些密鑰，可以提供一些有用特性，其一enclave可以向遠端伺服器進行驗證，新的EREPORT指令建立了一個enclave加密報告，遠端機器可以檢查是否由SGX産生。

enclave可被調試，但是要其顯式允許才行。如果enclave沒有選擇調試，整個enclave應表現為調試器的一條大指令，這對于想保護自己算法的人是好處，但是對于白帽子進行逆向工程是阻礙。

文檔很清楚地介紹，盡管VM可以運作enclave，enclave無法被有效模拟。同樣地，對VM中運作的有問題的代碼進行标準逆向工程并手機資訊不太可能了。

Uses of SGX

The good

可以保護軟體機密性，即使是運作在不安全的系統上也不受惡意軟體攻擊，是以有很多應用可能。

（1） 如enclave内的web浏覽器可以阻止特權軟體通路其資訊（但惡意軟體仍然擷取渲染的快照）。

（2） enclave使得惡意軟體難以從記憶體擷取密鑰環密碼，VM可以使用enclave來阻止hypervisor檢視其重要資訊，這些資訊僅在遠端伺服器驗證後進行解密。

（3） 視訊遊戲可以将其代碼放入enclave，阻止一些形式的透視/自動瞄準等。

（4） 核心可以抵禦破壞和hook，等等。

The bad

SGX也可用于惡意軟體，可信惡意軟體防護廠商無法再通路enclave内容以确認安全性。是以，惡意軟體原則上可以自由地建立enclave，防止OS/hypervisor/反惡意軟體知道其在執行什麼。再加上無處不在的網絡連接配接，小型裝載程式通過加密連結遠端下載下傳惡意軟體包可能出現。

另一方面，enclave不能處理内部的異常，反惡意軟體産品可能通過檔案IO或其他IO确定是否是惡意軟體。而且，OS可以在建立enclave的API中使用白名單機制限定建立enclave的權限。但是一旦惡意軟體成功擷取ring 0權限，SGX的完整功能都能被惡意軟體利用。下面是兩種場景：

Scenario 1, the botnet creator

正常的僵屍網絡操作很直接：感染一台計算機後，bot打電話、下載下傳并更新肉機上上的惡意軟體。有了SGX後，攻擊者可建立一個enclave，在enclave中和他們的C&C伺服器執行遠端認證，基于SGX密鑰建立一些公私鑰密碼，然後接收在enclave内執行的載荷或是其他指令。而且，通過強加密，除了C&C流量（一般是加密）本身以外，這個行為無法被仿真或追蹤。防護這不能掃描記憶體中的惡意軟體且不能建立簽名，唯一的檢測方式是檢查結果（如檔案I/O）。

Scenario 2, the video game hacker

視訊遊戲可以使用enclave，攻擊者同樣可以使用。目前，大多數形式的反欺騙技術僅檢查已知的透視/自動瞄準等在記憶體中的簽名。攻擊者可以簡單地将這些程式放在enclave中，抵抗VAC或是Punkbuster反作弊工具知道其在運作。

綜上可知，SGX用于惡意行為的可能性也是無限的，可能會更加糟糕。

The ugly

Joanna Rutkowska提出程序間通信的議題：對于任何有用的代碼，必須要有安全互動的方式。然而在某種行駛的安全輸入/輸出存在之前，無法将SGX的e你多使用案例視為防攻擊的。從純安全的角度，這隻是往正确方向踏出的一步。但是，随着SGX程式設計手冊的完全釋出，SGX似乎不能提供任何形式的安全輸入/輸出。這對于白帽子使用案例是不好的，對黑帽子也是不好的一面。

此外，防護者真正可以從SGX中獲益的方面，就是每個東西都必須以enclave形式運作，提供部分代碼的強隔離。程序間通信需要程序間真實的合作，出于互操作性目的，可能會在防護中留下缺口，這些缺口不需要存在在防護的攻擊面上，一旦攻擊者找到任意一個，不清楚是否能被容易删除。