Wat is een side-channel-aanval? Een cybersecurity-onderzoeker legt uit hoe computers geheimen kunnen lekken zonder gehackt te worden.

Bij het woord cyberaanval denken mensen meestal aan iemand die een wachtwoord raadt, malware installeert, een computer steelt, het netwerk van een organisatie hackt of een softwarefout misbruikt. Een side-channel-aanval werkt anders. Deze zoekt naar aanwijzingen die een computer prijsgeeft tijdens het uitvoeren van normale taken.

side-channel-aanval – Een simpele analogie is een kluis. Een dief kent misschien de code niet en kan het slot niet openbreken. Maar als de dief goed luistert terwijl de draaiknop draait, kunnen kleine klikjes, gerommel of pauzes iets onthullen over wat er binnenin gebeurt. De kluis is niet bedoeld om die informatie prijs te geven, maar het fysieke gedrag ervan verraadt wel degelijk aanwijzingen.

Moderne computers hebben hun eigen varianten van dergelijke aanwijzingen. Zo kan elke computer bijvoorbeeld een andere hoeveelheid tijd nodig hebben om verschillende taken te voltooien of een andere hoeveelheid elektriciteit verbruiken. De hardware – processors, geheugen, grafische kaarten en opslagmedia – kan tijdens het gebruik kleine patronen achterlaten.

Ik ben een computerwetenschapper die zich bezighoudt met beveiliging en privacy. Ik definieer een side-channel-aanval als een poging om deze indirecte aanwijzingen te observeren en te gebruiken om iets privés af te leiden.

Dit maakt deze side-channel-aanvallen zo ongebruikelijk. De zwakte zit hem in de manier waarop een machine zijn werk uitvoert. De aanvaller steelt niet direct een wachtwoord of breekt niet in de computer, maar bestudeert in plaats daarvan de sporen die de machine achterlaat tijdens het gebruik.

Geschiedenis van het lekken

Het idee is niet nieuw. In 1985 toonde de Nederlandse onderzoeker Wim van Eck aan dat elektromagnetische signalen van beeldschermen konden worden opgevangen en gedecodeerd , waardoor de mogelijkheid ontstond om af te luisteren naar wat er op een scherm werd weergegeven. Het scherm zond de inhoud niet opzettelijk uit. Het lekte signalen als bijwerking van de werking.

In de jaren negentig werden side-channel-aanvallen bijzonder belangrijk in de cryptografie, de wetenschap van informatiebeveiliging. In 1996 toonde cryptografieonderzoeker Paul Kocher aan dat door nauwkeurig te meten hoe lang bepaalde bewerkingen duurden, privé-informatie kon worden achterhaald van systemen die gebruik maakten van gangbare cryptografische methoden. Een paar jaar later toonden Kocher en zijn collega-cryptografen Joshua Jaffe en Benjamin Jun aan dat het meten van het stroomverbruik kon helpen bij het achterhalen van geheime sleutels van fraudebestendige apparaten zoals smartcards.

Deze ontdekkingen veranderden de manier waarop ingenieurs over beveiliging dachten. Het was niet langer voldoende om te vragen of een encryptiealgoritme wiskundig veilig was. Het was nog belangrijker om te vragen of het apparaat waarop het algoritme draaide, aanwijzingen lekte via timing, stroomverbruik, geluiden of ander fysiek gedrag.

Er bestaan ​​verschillende veelvoorkomende typen zijkanalen:

• Een timingaanval zoekt naar kleine verschillen in de tijdsduur van bewerkingen.
• Een onderzoek naar energiegebruik bestudeert het elektriciteitsverbruik.
• Elektromagnetische aanvallen onderzoeken onbedoelde signalen.
• Akoestische aanvallen maken gebruik van geluid.

In een opvallend voorbeeld toonden onderzoekers aan dat het zwakke geluid dat een laptop produceert tijdens bepaalde cryptografische bewerkingen, onder experimentele omstandigheden gebruikt kan worden om een ​​geheime cryptografische sleutel van 4096 bits te achterhalen .

De voorbeelden die side-channel-aanvallen in een breder publiek debat brachten, waren processor-aanvallen. Moderne computerprocessoren, zoals CPU’s, zijn extreem snel omdat ze voorspellen wat een programma waarschijnlijk als volgende zal doen. Deze techniek, bekend als speculatieve uitvoering, helpt computers efficiënter te werken. Maar in 2018 ontdekten cybersecurity-onderzoekers twee kwetsbaarheden in deze techniek, genaamd Meltdown en Spectre . Ze toonden aan dat deze voorspellingen meetbare sporen konden achterlaten. Een kwaadaardig programma zou die sporen kunnen gebruiken om informatie te achterhalen die juist beschermd had moeten zijn.

Meltdown en Spectre waren belangrijk omdat ze een van de basisprincipes van de moderne computerwetenschap ter discussie stelden: dat verschillende programma’s die op dezelfde machine draaien, gescheiden moeten blijven. Ze lieten ook zien dat prestatieverbeterende eigenschappen diep in computerchips ingebouwd, gevolgen voor de beveiliging kunnen hebben.

Nieuwe technologie, nieuwe zijkanalen

Sindsdien hebben onderzoekers steeds nieuwe side-channel-aanvallen in moderne hardware ontdekt. ​​Een van die aanvallen, Hertzbleed genaamd , werd in 2022 aan het licht gebracht. Deze aanval toonde aan dat veranderingen in de processorfrequentie – normaal gesproken gebruikt om energie te besparen en de prestaties te optimaliseren – een timingsignaal konden worden dat in sommige gevallen de cryptografische geheimen van externe servers kon blootleggen.

Een andere side-channel-aanval, genaamd Downfall en onthuld in 2023, trof bepaalde Intel-processoren. Deze aanval liet zien hoe een functie genaamd Gather oudere gegevens kon lekken die na eerdere werkzaamheden in de processor waren achtergebleven. Zenbleed , eveneens onthuld in 2023, trof AMD Zen 2-processoren en kon ervoor zorgen dat gevoelige informatie van een ander proces op een ongewenste plek terechtkwam.

Onderzoek naar side-channel-aanvallen is inmiddels verder gegaan dan alleen CPU’s. GPU.zip toonde aan dat grafische processors, of GPU’s, soms visuele aanwijzingen kunnen lekken via de manier waarop ze beeldgegevens op de achtergrond verwerken, inclusief de pixels van een andere webpagina in de Google Chrome-browser. GoFetch , gepubliceerd in 2024, liet zien dat een hardwarefunctie in veel Apple-processors, ontworpen om toekomstige geheugenbehoeften te voorspellen, de beveiliging van cryptografische software kan ondermijnen en kan helpen bij het achterhalen van geheime sleutels.

De nieuwste aanval, genaamd FROST (een afkorting voor “fingerprinting remotely using OPFS based SSD timing”), betreft solid-state drives, oftewel SSD’s. Deze schijven zijn een zeer gangbare vorm van snelle opslag in vrijwel alle moderne computers. FROST laat zien dat een kwaadwillende website een opslagfunctie van de browser, het Origin Private File System (OPFS), kan gebruiken om bestanden aan te maken en te openen binnen een beveiligde omgeving, de zogenaamde sandbox, die de browser voor die website reserveert. Vervolgens kunnen ze minuscule vertragingen in de SSD-activiteit meten.

De intuïtie is simpel. Als meerdere programma’s hetzelfde opslagmedium gebruiken, kunnen ze elkaar enigszins vertragen, net zoals auto’s die dezelfde weg delen. Door die vertragingen in een browser te meten, toonden de FROST-onderzoekers aan dat een website onder specifieke omstandigheden informatie kan afleiden over andere activiteiten op dezelfde computer, zoals bezochte websites of gebruikte applicaties.

Lessen meer dan verliezen

Hoe vaak worden side-channel-aanvallen dan gebruikt? Het eerlijke antwoord is dat ze weliswaar schadelijk kunnen zijn, maar niet de meest voorkomende cyberaanval vormen. De meeste cybercriminaliteit in de praktijk maakt nog steeds gebruik van eenvoudigere en goedkopere methoden, zoals het misbruiken van softwarekwetsbaarheden, het stelen van inloggegevens, phishing, malware en ransomware. Het Data Breach Investigations Report 2026 van Verizon benadrukt bijvoorbeeld softwarekwetsbaarheden en ransomware als belangrijke bronnen van datalekken, en niet side-channel-aanvallen als een routineuze toegangspoort.

Dit maakt side-channel-aanvallen niet onbelangrijk. Veel ervan worden door onderzoekers ontdekt voordat ze op grote schaal in criminele organisaties worden gebruikt. Maar ze zijn wel degelijk belangrijk, omdat ze zwakke punten blootleggen in de aannames achter moderne computertechnologie. Ze beïnvloeden chipontwerp, browserbeveiliging, cloudcomputing, cryptografische bibliotheken en de manier waarop ingenieurs over privacy denken.

Side-channel-aanvallen herinneren ons eraan dat computers niet opzettelijk geheimen hoeven te onthullen om ze te lekken. Soms kunnen de kleinste aanwijzingen die ze achterlaten tijdens hun werking meer onthullen dan wie dan ook had verwacht.