System Management Mode

Режим системного управления (англ. System Management Mode, SMM) — режим исполнения на процессорах x86/x86_64, при котором приостанавливается исполнение другого кода (включая операционные системы и гипервизор), и запускается специальная программа, хранящаяся в SMRAM в наиболее привилегированном режиме.

Технология SMM была впервые реализована в микропроцессоре Intel 386SL. Изначально SMM работал только на специальных процессорах (SL), но в 1992 году была внедрена в 80486 и Intel Pentium. AMD реализовала технологию в Enhanced Am486 (1994). Все более современные x86/x86-64 процессоры поддерживают её.

Среди возможных применений SMM:

• Обработка системных ошибок, таких как ошибки памяти и чипсета;
• Функции защиты, например выключение процессоров при сильном перегреве;
• Глубокие уровни энергосбережения;
• Управление питанием, например, схемами изменения напряжения (VRM);
• Эмуляция периферии, которая была не реализована на материнской плате или реализация которой содержит ошибки;
• Эмуляция мыши и клавиатуры PS/2, при использовании USB-версий устройств;
• Централизованная конфигурация системы, например на ноутбуках Toshiba и IBM;
• Обход систем защиты, встроенных в ОС^[1];
• Запуск высокопривилегированных руткитов, как было предложено на Black Hat 2008^[2][3];
• Эмуляция или передача вызовов на модуль Trusted Platform Module (TPM)^[4];

Режим SMM работает в защитном «Кольце −2», тогда как ОС работает в «Кольце 0», а аппаратный гипервизор (VT/AMD-v) в «Кольце −1»^[5]. Код, работающий в режиме SMM, получает доступ ко всей системной памяти, включая ядро и память гипервизора.

Активация SMM

SMM активируется при помощи прерываний SMI (system management interrupt — прерывание системного управления), которое возникает:

• По сигналу от чипсета или периферии на материнской плате. Используется выделенный контакт процессора SMI#^[6]..
• Программный SMI, посланный системным ПО через порт ввода/вывода (часто используется порт номер 0B2h)^[5].
• Запись по адресу ввода/вывода, для которого микропрограммно установлена необходимость активации SMM.

На ближайшей границе инструкций после получения сигнала SMI#, процессор сохраняет свое состояние в памяти и переходит в SMM. Для выхода из SMM и восстановления состояния процессора используется инструкция RSM (0x0f 0xaa)^[6].

Проблемы

• Согласно архитектуре SMM, прерывания SMI не могут быть заблокированы операционной системой
• На старых чипсетах (до 2006 года) не выставлялся бит D_LOCK для защиты памяти SMM (что позволяло создавать SMM-зловреды)^[5]
• Так как программы обработки SMM (SMI handler) устанавливаются из базовой микропрограммы BIOS^[5], предполагаемые настройки важной периферии (например, APIC) в ОС и программах SMM могут не совпадать
• Работа в режиме SMM приостанавливает работу ОС. Состояние процессора сохраняется в SMRAM^[6], а кеши write-back должны быть сброшены. Из-за этого могут нарушиться требования жесткого реального времени. ОС Windows и ядро Linux устанавливают «SMI Timeout» — период времени, в который любая программа SMM должна вернуть управление операционной системе.
• Для определения входа процессора в SMM может потребоваться цифровой логический анализатор (дополнительное отладочное оборудование). При работе в SMM выставляется сигнал процессора SMIACT#^[6].
• Получение кодов программ SMM для их анализа и отладки также требует логического анализатора или обратной разработки микропрограмм BIOS, так как во время исполнения память TSEG, хранящая программы SMM, недоступна ОС.

Примечания

1. ↑ Loic Duflot. "Security Issues Related to Pentium System Management Mode." Presented at CanSecWest 2006, Vancouver, Canada, 2006.
2. ↑ Hackers find a new place to hide rootkits
3. ↑ Sherri Sparks and Shawn Embleton. "SMM Rootkits: A New Breed of OS Independent Malware." Presented at Black Hat USA, Las Vegas, NV, USA, 2008.
4. ↑ http://www.youtube.com/watch?v=X72LgcMpM9k&feature=player_detailpage#t=2070s Google Tech Talks — Coreboot — 00:34:30
   Дополнительные сведения: Trusted Platform Module
5. ↑ ^{1 2 3 4} invisiblethingslab.com/resources/misc09/smm_cache_fun.pdf Rafal Wojtczuk, Рутковская, Йоанна, "Attacking SMM Memory via Intel® CPU Cache Poisoning"
6. ↑ ^{1 2 3 4} Intel's System Management Mode by Robert R. Collins

См. также

• Процессор MediaGX, использующий SMM для эмуляции аппаратных функций
• Extensible Firmware Interface (EFI)
• Coreboot, реализующий SMM/SMI обработчики для некоторых чипсетов

Литература

• Intel's System Management Mode by Robert R. Collins

Ссылки

• Badness of SMM, part 1 and part 2
• Intel 32/64 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3B: System Programming Guide, Part 2
• AMD Hammer BIOS and Kernel Developer’s guide, Chapter 6
• An exploit against SMM based on OpenBSD
• SMM based rootkit
• SMM Rootkit limitations. (and how to defeat it)

Это заготовка статьи о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.