コールドブート攻撃

デジタル・フォレンジック

特定のケースでは、コールドブート攻撃はデジタル・フォレンジックの分野において、犯罪の証拠としてメモリ内に含まれるデータをフォレンジック的に保存するために使用される^[3]。たとえば、他の手段でメモリ内のデータを保存することが現実的でない場合、ランダムアクセスメモリに含まれるデータのダンプを実行するためにコールドブート攻撃が使用されることがある。例えば、システムが保護されており、コンピュータにアクセスできない状況でコールドブート攻撃が使用される^[3]。ハードディスクがフルディスク暗号化で暗号化されており、ディスクが犯罪行為の証拠を含んでいる可能性がある場合にも、コールドブート攻撃が必要になることがある。コールドブート攻撃はメモリへのアクセスを提供し、これによってどのようなプログラムが実行されているかなど、当時のシステム状態に関する情報を提供することができる^[3]。

悪意のある意図

コールドブート攻撃は、悪意のある意図を持って財務情報や営業秘密などの暗号化された情報へのアクセスを得るために、攻撃者によって使用されることがある^[10]。

BitLocker

デフォルト構成のBitLockerは、ディスクを復号するためにPINも外部キーも必要としないトラステッド・プラットフォーム・モジュールを使用している。オペレーティングシステムが起動するとき、BitLockerはユーザーの操作なしにTPMから鍵を取得する。結果として、攻撃者は単にマシンの電源を入れ、オペレーティングシステムが起動し始めるのを待ち、マシンに対してコールドブート攻撃を実行して鍵を取得することができる。このため、デフォルトのBitLocker実装のこの脆弱性を回避するには、起動前のPINや、TPMとともにスタートアップキーを含むリムーバブルUSBデバイスなどの二要素認証を使用する必要がある^[11][5]。しかし、この回避策は、攻撃者が物理的なアクセス権を得る前にマシンの電源が切られていた場合にのみ、コールドブート攻撃を防ぐことができる。マシンがすでに起動して稼働している場合、攻撃者がメモリから機密データを取得したり、メモリにキャッシュされている暗号化鍵を取得したりするのを防ぐことはできない。

緩和策

コールドブート攻撃を実行することでメモリダンプを簡単に実行できるため、フルディスク暗号化の暗号化鍵のような機密データをRAMに保存することは安全ではない。ランダムアクセスメモリ以外の領域に暗号化鍵を保存するためのいくつかの解決策が提案されている。これらの解決策はフルディスク暗号化を破られる可能性を減らすかもしれないが、メモリに保存されている他の機密データの保護は提供しない。

物理アクセスの防止

通常、コールドブート攻撃は、攻撃者のコンピュータへの物理アクセスを制限するか、攻撃の実行をますます困難にすることで防ぐことができる。1つの方法として、メモリモジュールをマザーボードにはんだ付けまたは接着し、ソケットから簡単に取り外して攻撃者の管理下にある別のマシンに挿入できないようにすることがある^[2]。しかし、これによって攻撃者が被害者のマシンを起動し、リムーバブルUSBメモリを使用してメモリダンプを実行することは防げない。UEFI Secure Bootや同様のブート検証アプローチなどの緩和策は、攻撃者がカスタムソフトウェア環境を起動してはんだ付けされたメインメモリの内容をダンプするのを防ぐのに効果的である可能性がある^[22]。

フルメモリ暗号化

ランダムアクセスメモリ (RAM) を暗号化することで、攻撃者がコールドブート攻撃によってメモリから暗号化鍵やその他の資料を取得できる可能性を緩和できる。このアプローチでは、オペレーティングシステム、アプリケーション、またはハードウェアへの変更が必要になる場合がある。ハードウェアベースのメモリ暗号化の一例は、マイクロソフトのXboxに実装されていた^[23]。新しいx86-64ハードウェアでの実装はAMDから、およびIntel Willow Cove以降で利用可能である。

ソフトウェアベースのフルメモリ暗号化は、鍵データがメモリに公開されることがないためCPUベースの鍵ストレージと似ているが、すべてのメモリ内容が暗号化されるためより包括的である。一般に、即時ページのみがオペレーティングシステムによってオンザフライで復号され読み取られる^[24]。ソフトウェアベースのメモリ暗号化ソリューションの実装には、PrivateCoreによる商用製品^[25][26][27]、およびデータをメモリ内で暗号化し、TRESORと同様の方法で暗号化鍵をCPUレジスタに保存するLinuxカーネル用カーネルパッチのRamCryptが含まれる^[12][24]。

バージョン1.24以降、VeraCryptは鍵とパスワードのRAM暗号化をサポートしている^[28]。

さらに最近では、セキュリティが強化されたx86およびARMコモディティプロセッサの可用性を強調するいくつかの論文が発表されている^[29][30]。その研究では、ARM Cortex A8プロセッサをフルメモリ暗号化ソリューションが構築される基盤として使用している。プロセスセグメント（たとえばスタック、コード、またはヒープ）は個別に、または合成して暗号化できる。この研究は、汎用コモディティプロセッサ上での最初のフルメモリ暗号化実装を記している。システムは、CPU境界外のすべての場所で暗号化されるコードとデータの機密性と完全性の両方の保護を提供する。

メモリの安全な消去

コールドブート攻撃は暗号化されていないランダムアクセスメモリを対象とするため、解決策の1つは使用されなくなったときにメモリから機密データを消去することである。この特定の攻撃に対する業界の対応である「TCG Platform Reset Attack Mitigation Specification」^[31]は、オペレーティングシステムが正常にシャットダウンされなかった場合、POST中にBIOSにメモリを上書きさせる。しかし、この対策は、システムからメモリモジュールを取り外し、これらの対策をサポートしていない攻撃者の管理下にある別のシステムで読み戻すことによって回避することができる^[2]。

効果的なセキュア消去機能とは、電力が遮断された場合、安全なBIOSおよびM-2およびSATAxポート上のデータを暗号化するハードドライブ/SSDコントローラと連携して、電力が失われる前の300ミリ秒未満にRAMがワイプされることである。もしRAM自体にシリアルプレゼンスやその他のデータが含まれておらず、タイミングがハードウェアキーによるフェイルセーフを伴ってBIOSに保存されているなら、データの回復はほぼ不可能であり、TEMPEST攻撃、man-in-the-RAM、その他の可能な侵入方法に対しても免疫を持つことになる^[32]。

Tailsなどの一部のオペレーティングシステムは、コールドブート攻撃を緩和するために、オペレーティングシステムがシャットダウンされるときにシステムメモリにランダムデータを安全に書き込む機能を提供している^[33]。しかし、ビデオメモリの消去は依然として不可能であり、2022年現在、Tailsフォーラムでは依然として未解決のチケットとなっている^[34]。この欠陥を悪用する可能性のある攻撃は以下の通りである。

• GnuPGキーペアの生成およびテキストエディタでの秘密鍵の表示は、鍵が復元されることにつながる可能性がある^[35]。
• 暗号通貨のシードが見られる可能性があり、それによって（暗号化されていても）ウォレットを迂回して資金へのアクセスを許す可能性がある。
• 可視性を有効にしてパスワードを入力すると、パスワードの一部または鍵全体が表示される可能性がある。キーファイルが使用されている場合、パスワード攻撃に必要な時間を短縮するために表示される可能性がある。
• もっともらしい否認を伴うマウントされたまたは開かれた暗号化ボリュームの痕跡が表示され、それらの発見につながる可能性がある。
• .onionサービスに接続している場合、URLが表示されて発見につながる可能性があるが、そうでない場合は非常に困難である^[36][37]。
• 特定のプログラムの使用は、ユーザーのパターンを示す可能性がある。例えば、ステガノグラフィプログラムが使用および開かれている場合、ユーザーがデータを隠しているという推測がなされる可能性がある。同様に、インスタントメッセンジャーが使用されている場合、連絡先やメッセージのリストが表示される可能性がある。

外部鍵保存

コールドブート攻撃は、攻撃を受けているハードウェアによって鍵が保存されないことを保証することで防ぐことができる。

• ユーザーがディスク暗号化鍵を手動で入力する
• 暗号化鍵がハードディスクドライブとは別のハードウェアに保持されている完全に密閉された暗号化ハードディスクドライブを使用する。