EXAM：利用Apple M系列SoC中排他系统级缓存实现缓存占用攻击

缓存占用攻击利用缓存层次结构的共享性质，通过监控整体缓存使用情况来推断受害者的活动，不同于访问驱动的缓存攻击后者专注于特定缓存行或集合。已有一些工作针对Intel处理器的最后一级缓存(LLC)，该缓存包含更高级缓存，以及ARM系统的L2缓存。在本文中，我们针对Apple M系列SoC的系统级缓存(SLC)，该缓存与更高级CPU缓存排他。我们解决排他性带来的挑战，提出一套针对SLC缓存占用的攻击方法，首次实现此类攻击，使对手能够从自己的CPU集群中监控GPU和其他CPU集群的活动。我们首先通过逆向工程发现Apple M1 SOC中SLC的结构以及各种访问和共享策略。我们提出了两个针对网站的攻击。一个是粗粒度指纹识别攻击，基于通过SLC占用通道监控GPU内存访问模式识别哪个网站被访问。另一个攻击是细粒度像素窃取攻击，通过SLC占用通道精确监控GPU内存使用以渲染不同的像素。第三，我们引入一种新的屏幕捕获攻击，可跨越网页，监控粒度为57行像素(屏幕有1600行像素)。这显著扩大了攻击面，使对手能够检索任何屏幕显示内容，对系统安全构成重大新威胁。我们的发现揭示了Apple M系列SoC中的关键漏洞，强调了针对异构计算环境中缓存占用攻击迫切需要有效防御措施的重要性。