新型VMScape攻击突破AMD、英特尔CPU的客户机-主机隔离

一种名为VMScape的新型类Spectre攻击允许恶意虚拟机（VM）从运行在现代AMD或英特尔CPU上的未修改QEMU hypervisor进程中窃取加密密钥。

该攻击打破了VM与云hypervisor之间的隔离，绕过现有Spectre缓解措施，并利用推测执行威胁泄露敏感数据。

研究人员强调，VMScape无需攻陷主机，且在硬件默认启用缓解措施的情况下，对未修改的虚拟化软件依然有效。他们指出，威胁行为者只需租用一台虚拟机，即可对云服务商发起此类攻击，从hypervisor或其他VM中窃取机密。

VMScape由瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队开发，研究发现其影响AMD Zen 1至Zen 5全系列处理器以及英特尔“Coffee Lake”CPU，但较新的“Raptor Cove”和“Gracemont”架构不受影响。

从QEMU中窃取机密的原理

现代CPU通过扩展客户机与主机之间分支预测单元（BPU）的隔离来防御推测攻击，但研究人员发现这种隔离并不完整。客户机用户可通过共享的BTB（分支目标缓冲区）、IBP/ITA、BHB（分支历史缓冲区）等BPU结构，影响主机用户进程的间接分支预测。

攻击目标是用户态hypervisor组件QEMU，其将客户机内存映射到自身地址空间，使攻击者可利用“FLUSH+RELOAD”缓存侧信道。苏黎世联邦理工学院研究人员通过Spectre-BTI（分支目标注入）攻击，误导QEMU中的目标间接分支，使其推测执行泄露gadget，将机密数据泄露到共享的reload缓冲区中。

为延长推测执行窗口，攻击者通过构建针对AMD Zen 4 CPU末级缓存（LLC）的驱逐集，从客户机内部驱逐相关缓存条目。

地址空间布局随机化（ASLR）——一种随机化进程中数据加载内存地址的安全机制——被攻击者通过探测分支冲突定位目标gadget，并暴力破解reload缓冲区虚拟地址的方式绕过。

苏黎世联邦理工学院研究人员展示，VMScape能以32字节/秒的速率从QEMU中泄露任意内存数据，字节级准确率达98.7%，整体利用成功率为43%。按此速率，4KB机密（如磁盘加密密钥）可在128秒内泄露；若包含ASLR绕过过程，端到端总耗时约772秒（近13分钟）。

影响与应对措施

虚拟化是云计算的基石，若客户机可读取主机内存，将威胁多租户云安全。但需强调的是，VMScape等攻击需高级知识、深厚技术专长和持续执行时间，因此即便可行，也不会对广大用户构成威胁。

苏黎世联邦理工学院团队于6月7日向AMD和英特尔报告了研究结果，该问题被分配CVE编号CVE-2025-40300。AMD已发布相关安全公告。

Linux内核开发者发布补丁，通过在VMEXIT时添加间接分支预测屏障（IBPB）缓解VMScape，即在客户机切换至主机时刷新BPU。研究人员表示，该缓解措施在常见工作负载中性能影响极小。