AWS - Nitro Enum

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基本情報

AWS Nitroは、AWS EC2インスタンスの基盤となる革新的な技術のスイートです。Amazonによってセキュリティ、パフォーマンス、信頼性を向上させるために導入され、Nitroはカスタムハードウェアコンポーネントと軽量ハイパーバイザーを活用しています。従来の仮想化機能の多くを専用のハードウェアとソフトウェアに抽象化し、攻撃面を最小限に抑え、リソース効率を改善します。仮想化機能をオフロードすることで、NitroはEC2インスタンスにほぼベアメタルのパフォーマンスを提供し、リソース集約型アプリケーションに特に有益です。さらに、Nitro Security Chipはハードウェアとファームウェアのセキュリティを特に確保し、その堅牢なアーキテクチャをさらに強化します。

Nitro Enclaves

AWS Nitro Enclavesは、Amazon EC2インスタンス内における安全で隔離されたコンピューティング環境を提供し、特に高度に機密性の高いデータの処理のために設計されています。AWS Nitro Systemを活用するこれらのエンクレーブは、堅牢な隔離とセキュリティを確保し、PIIや財務記録などの機密情報を扱うのに理想的です。ミニマリスト環境を特徴としており、データ露出のリスクを大幅に低減します。さらに、Nitro Enclavesは暗号的証明をサポートし、ユーザーが認可されたコードのみが実行されていることを確認できるため、厳格なコンプライアンスとデータ保護基準を維持するために重要です。

Nitro Enclave CLIのインストール

すべての指示に従ってくださいドキュメントから。ただし、最も重要なものは次のとおりです：

# Install tools
sudo amazon-linux-extras install aws-nitro-enclaves-cli -y
sudo yum install aws-nitro-enclaves-cli-devel -y

# Config perms
sudo usermod -aG ne $USER
sudo usermod -aG docker $USER

# Check installation
nitro-cli --version

# Start and enable the Nitro Enclaves allocator service.
sudo systemctl start nitro-enclaves-allocator.service && sudo systemctl enable nitro-enclaves-allocator.service

Nitro Enclave Images

Nitro Enclaveで実行できるイメージは、dockerイメージに基づいているため、次のようなdockerイメージからNitro Enclaveイメージを作成できます:

# You need to have the docker image accesible in your running local registry
# Or indicate the full docker image URL to access the image
nitro-cli build-enclave --docker-uri <docker-img>:<tag> --output-file nitro-img.eif

Nitro Enclave イメージは eif (Enclave Image File) 拡張子を使用しています。

出力は次のようになります:

Using the locally available Docker image...
Enclave Image successfully created.
{
"Measurements": {
"HashAlgorithm": "Sha384 { ... }",
"PCR0": "e199261541a944a93129a52a8909d29435dd89e31299b59c371158fc9ab3017d9c450b0a580a487e330b4ac691943284",
"PCR1": "bcdf05fefccaa8e55bf2c8d6dee9e79bbff31e34bf28a99aa19e6b29c37ee80b214a414b7607236edf26fcb78654e63f",
"PCR2": "2e1fca1dbb84622ec141557dfa971b4f8ea2127031b264136a20278c43d1bba6c75fea286cd4de9f00450b6a8db0e6d3"
}
}

イメージを実行する

ドキュメントによると、エンクレーブイメージを実行するには、eifファイルのサイズの少なくとも4倍のメモリを割り当てる必要があります。ファイル内でそれに与えるデフォルトリソースを構成することが可能です。

/etc/nitro_enclaves/allocator.yaml

イメージに与えるリソースを知り、設定ファイルを変更した後でも、次のコマンドでエンクレーブイメージを実行することが可能です：

# Restart the service so the new default values apply
sudo systemctl start nitro-enclaves-allocator.service && sudo systemctl enable nitro-enclaves-allocator.service

# Indicate the CPUs and memory to give
nitro-cli run-enclave --cpu-count 2 --memory 3072 --eif-path hello.eif --debug-mode --enclave-cid 16

Enclavesの列挙

EC2ホストを侵害した場合、次のコマンドで実行中のエンクレーブイメージのリストを取得することができます:

nitro-cli describe-enclaves

実行中のエンクレーブイメージ内でシェルを取得することは不可能です。なぜなら、それがエンクレーブの主な目的だからです。しかし、--debug-modeパラメータを使用した場合、次のコマンドでそのstdoutを取得することが可能です：

ENCLAVE_ID=$(nitro-cli describe-enclaves | jq -r ".[0].EnclaveID")
nitro-cli console --enclave-id ${ENCLAVE_ID}

Enclavesの終了

攻撃者がEC2インスタンスを侵害した場合、デフォルトではシェルにアクセスすることはできませんが、次のコマンドで終了することができます:

nitro-cli terminate-enclave --enclave-id ${ENCLAVE_ID}

Vsocks

エンクレーブで実行されているイメージと通信する唯一の方法は、vsocksを使用することです。

Virtual Socket (vsock)は、Linuxで特に設計されたソケットファミリーで、仮想マシン（VMs）とそのハイパーバイザー、またはVM同士の通信を促進します。Vsockは、ホストのネットワーキングスタックに依存せずに効率的な双方向通信を可能にします。これにより、ネットワーク構成がなくてもVM同士が通信できるようになり、32ビットのコンテキストID（CID）とポート番号を使用して接続を識別および管理します。vsock APIは、TCPやUDPに似たストリームおよびデータグラムソケットタイプの両方をサポートし、仮想環境におけるユーザーレベルのアプリケーションにとって多用途なツールを提供します。

エンクレーブで実行されているイメージのCIDsを見つけるには、次のコマンドを実行して**EnclaveCID**を取得できます：

nitro-cli describe-enclaves

[
{
"EnclaveName": "secure-channel-example",
"EnclaveID": "i-0bc274f83ade02a62-enc18ef3d09c886748",
"ProcessID": 10131,
    "EnclaveCID": 16,
    "NumberOfCPUs": 2,
"CPUIDs": [
1,
3
],
"MemoryMiB": 1024,
"State": "RUNNING",
"Flags": "DEBUG_MODE",
"Measurements": {
"HashAlgorithm": "Sha384 { ... }",
"PCR0": "e199261541a944a93129a52a8909d29435dd89e31299b59c371158fc9ab3017d9c450b0a580a487e330b4ac691943284",
"PCR1": "bcdf05fefccaa8e55bf2c8d6dee9e79bbff31e34bf28a99aa19e6b29c37ee80b214a414b7607236edf26fcb78654e63f",
"PCR2": "2e1fca1dbb84622ec141557dfa971b4f8ea2127031b264136a20278c43d1bba6c75fea286cd4de9f00450b6a8db0e6d3"
}
}
]

Vsock Server/Listener

ここにいくつかの例があります：

• https://github.com/aws-samples/aws-nitro-enclaves-workshop/blob/main/resources/code/my-first-enclave/secure-local-channel/server.py

#!/usr/bin/env python3

# From
https://medium.com/@F.DL/understanding-vsock-684016cf0eb0

import socket

CID = socket.VMADDR_CID_HOST
PORT = 9999

s = socket.socket(socket.AF_VSOCK, socket.SOCK_STREAM)
s.bind((CID, PORT))
s.listen()
(conn, (remote_cid, remote_port)) = s.accept()

print(f"Connection opened by cid={remote_cid} port={remote_port}")

while True:
buf = conn.recv(64)
if not buf:
break

print(f"Received bytes: {buf}")

# Using socat
socat VSOCK-LISTEN:<port>,fork EXEC:"echo Hello from server!"

Vsock クライアント

例:

• https://github.com/aws-samples/aws-nitro-enclaves-workshop/blob/main/resources/code/my-first-enclave/secure-local-channel/client.py

#!/usr/bin/env python3

#From https://medium.com/@F.DL/understanding-vsock-684016cf0eb0

import socket

CID = socket.VMADDR_CID_HOST
PORT = 9999

s = socket.socket(socket.AF_VSOCK, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((CID, PORT))
s.sendall(b"Hello, world!")
s.close()

# Using socat
echo "Hello, vsock!" | socat - VSOCK-CONNECT:3:5000

Vsock Proxy

ツール vsock-proxy は、別のアドレスで vsock プロキシをプロキシすることを可能にします。例えば：

vsock-proxy 8001 ip-ranges.amazonaws.com 443 --config your-vsock-proxy.yaml

これはvsockのローカルポート8001をip-ranges.amazonaws.com:443に転送し、ファイル**your-vsock-proxy.yaml**にはip-ranges.amazonaws.com:443にアクセスするための次の内容が含まれている可能性があります：

allowlist:
- { address: ip-ranges.amazonaws.com, port: 443 }

EC2ホストによって使用されるvsockアドレス（<CID>:<Port>）を次のように見ることができます（3:8001に注意してください。3はCIDで、8001はポートです）：

sudo ss -l -p -n | grep v_str
v_str LISTEN 0      0                                                                              3:8001                   *:*     users:(("vsock-proxy",pid=9458,fd=3))

Nitro Enclave Atestation & KMS

Nitro Enclaves SDKは、エンクレーブがNitro ハイパーバイザーから暗号的に署名されたアテステーション文書を要求できるようにします。この文書には、そのエンクレーブに特有のユニークな測定値が含まれています。これらの測定値は、ハッシュとプラットフォーム構成レジスタ（PCR）を含み、アテステーションプロセス中にエンクレーブのアイデンティティを証明し、外部サービスとの信頼を構築するために使用されます。アテステーション文書には通常、PCR0、PCR1、PCR2のような値が含まれており、これはエンクレーブEIFを構築して保存する際に遭遇したことがあります。

docsから、これらはPCR値です：

暗号的アテステーションをアプリケーションに統合し、AWS KMSのようなサービスとの事前構築された統合を活用できます。AWS KMSはエンクレーブアテステーションを検証でき、キー政策にアテステーションベースの条件キー（kms:RecipientAttestation:ImageSha384およびkms:RecipientAttestation:PCR）を提供します。これらのポリシーは、エンクレーブのアテステーション文書が有効であり、指定された条件を満たす場合にのみ、AWS KMSがKMSキーを使用する操作を許可することを保証します。

PCR Bypass

攻撃者の視点から見ると、いくつかのPCRはエンクレーブイメージの一部またはすべてを変更することを許可し、依然として有効であることに注意してください（たとえば、PCR4は親インスタンスのIDのみをチェックするため、そのEC2で任意のエンクレーブイメージを実行することでこの潜在的なPCR要件を満たすことができます）。

したがって、EC2インスタンスを侵害した攻撃者は、これらの保護を回避するために他のエンクレーブイメージを実行できる可能性があります。

各保護を回避するために新しいイメージを変更/作成する方法に関する研究（特にそれほど明白でないもの）はまだTODOです。

References

• https://medium.com/@F.DL/understanding-vsock-684016cf0eb0
• AWSのNitroチュートリアルのすべての部分: https://catalog.us-east-1.prod.workshops.aws/event/dashboard/en-US/workshop/1-my-first-enclave/1-1-nitro-enclaves-cli