Cloudflare Workers上远程Spectre攻击的再探讨
内容提要
2026年，Cloudflare研究人员重新评估了远程Spectre攻击对Workers平台的影响。他们利用PLRU缓存放大和WebSocket远程计时器，在真实生产环境中成功实现了高达12比特/秒、准确率99%的数据泄露，并发现DyPrIs检测机制的局限。为此，Cloudflare部署了V8沙箱、内存保护密钥（MPK）硬件隔离，并改进了DyPrIs检测，以降低此类攻击风险。
延伸解读
攻击为何能绕过DyPrIs检测
DyPrIs原本通过硬件性能计数器识别疑似Spectre攻击的脚本，并在其执行结束后隔离。但攻击者利用Durable Objects的WebSocket长连接，使单个调用持续数小时甚至一天，远超检测周期。同时，远程计时器的大量I/O操作抬高了iTLB访问次数，使分支预测错误率被归一化后低于阈值，从而让攻击看起来像普通的I/O密集型Worker，成功规避了检测。
MPK隔离的局限与意义
Cloudflare部署的内存保护密钥（MPK）为每个isolate堆提供硬件强制访问边界，阻止了跨isolate的直接堆读取，从而封堵了本文展示的攻击路径。但MPK并非万能：硬件域数量有限，且需谨慎管理密钥状态。它只是缩小了Spectre的泄露面，其他变体或gadget仍可能被利用，因此不能视为完全缓解措施。
远程计时器与PLRU放大技术
攻击者利用WebSocket连接外部服务器获取高分辨率时间戳，作为远程计时器，即使网络抖动也能通过中位数统计达到亚毫秒级精度。结合PLRU缓存替换策略，单次缓存命中或未命中可被放大为大量L1命中或未命中，从而在噪声环境中清晰区分0和1。这种放大技术是攻击在真实生产环境中达到12比特/秒、99%准确率的关键。
Q&A
Cloudflare Workers上的远程Spectre攻击是什么？
远程Spectre攻击是一种利用CPU推测执行漏洞的攻击方式，攻击者通过诱导CPU在错误预测分支时执行瞬态指令，从而在缓存中留下痕迹，再通过测量缓存访问时间差异来窃取内存中的敏感数据。在Cloudflare Workers环境中，攻击者可以利用WebSocket远程计时器来测量时间，实现跨租户的数据泄露。
Cloudflare Workers如何防御Spectre攻击？
Cloudflare Workers采取了多层防御措施：包括冻结本地计时器、禁止多线程和共享内存、使用V8沙箱、内存保护密钥（MPK）硬件隔离，以及改进的动态进程隔离（DyPrIs）检测机制。这些措施旨在减少推测执行带来的信息泄露风险。
DyPrIs检测机制有什么局限性？
DyPrIs的局限性在于它只在脚本执行完成后才进行隔离，而攻击者可以通过Durable Objects和WebSocket保持长连接，使脚本持续运行数小时，从而在隔离生效前完成数据泄露。此外，DyPrIs通过iTLB访问次数来归一化分支预测错误，而攻击者的远程计时器会产生大量I/O操作，导致iTLB活动增加，使归一化比率低于检测阈值，从而逃避检测。
攻击者如何实现远程计时？
攻击者使用WebSocket连接到外部服务器，该服务器提供高分辨率时间戳。通过发送请求并计算响应时间差，攻击者可以获得亚毫秒级的时间测量，用于区分缓存命中与未命中。
攻击者如何确保与受害者在同一进程？
攻击者通过fetch请求调用受害者脚本，由于Cloudflare Workers的设计，这通常会导致受害者在同一进程中被调度。攻击者还可以通过Durable Objects保持长连接，并利用WebSocket消息重置CPU时间限制，从而维持攻击环境。
攻击的泄露速率和准确率是多少？
在Cloudflare Workers生产环境中，攻击者实现了高达12比特/秒的泄露速率，准确率超过99%。
Cloudflare采取了哪些改进措施来应对此类攻击？
Cloudflare部署了V8沙箱，移除JavaScript堆中的原始64位指针，使特定类型的推测类型混淆漏洞更难利用；部署了基于内存保护密钥（MPK）的硬件辅助进程内隔离，为每个隔离堆提供硬件强制访问边界；并改进了DyPrIs，使其能够处理长时间运行的脚本和I/O密集型工作负载，同时考虑将远程计时行为作为检测信号。
攻击者如何绕过CPU时间限制？
攻击者利用Durable Objects，通过WebSocket消息重置CPU时间限制。每次WebSocket消息都被视为新的调用，重置30秒的CPU时间限制，从而允许攻击者长时间运行攻击。
