LoongBleed

English

LoongBleed 是一种硬件漏洞，概念上类似于 ZenBleed (CVE-2023-20593)，影响同时实现了 LSX（128 位 SIMD）和 LASX（256 位 SIMD）的龙芯 LA464/LA664 处理器。

在 LoongArch 架构中，LSX $vr 寄存器（128 位）与 LASX $xr 寄存器（256 位）的低 128 位重叠。LSX 指令和基础浮点操作在架构上只应操作低 128 位（或其子集）；对应 $xr 寄存器的高位应当保持不变。然而，由于微架构缺陷，这些操作可能通过 $xr 的高 128 位泄露数据，从而将敏感数据暴露到特权边界之外或 SMT 线程之间。

独立发现说明 — CISPA Helmholtz 信息安全中心的研究人员也独立发现了相同的底层硬件缺陷，并以 LoongLeak 之名公开发表（https://loongleakattack.com/），相关论文发表于 USENIX Security 2026：”LoongLeak: Architectural Cross-Privilege-Boundary Data Leakage on LoongArch CPUs”。我们的工作独立于 LoongLeak 团队开展；两个团队得出了相同的结论：龙芯 LA464/LA664 处理器会通过 LASX $xr 寄存器未定义的高位泄露数据。需要说明的是，我们触发泄露所用的指令与 LoongLeak 论文中报告的指令并不完全一致：我们的 PoC 使用了一组不同的探测指令（vor.v、vld、fld.d、fld.s）来复现同一底层硬件缺陷。此外，由于不使用任何 load 指令（如纯寄存器指令 vor.v）也能触发泄露，我们的分析倾向于认为根因是物理寄存器复用：被复用的物理寄存器高位未被清零，从而泄露了先前占用者的陈旧数据。这与 LoongLeak 论文将泄露数据归因于 L1 数据缓存的分析有所不同。

时间线

• 2026-05-12 — 将漏洞上报给龙芯公司。
• 2026-06-09 — 龙芯公司确认这是对已有漏洞的独立发现。
• 2026-08-17 — 龙芯官方公开发布了关于 LoongLeak 漏洞的说明（官方公告）。
• 2026-08-18 — 本仓库公开。

工作原理

概念验证程序的工作流程如下：

1. 加载：通过 xvld 将全零数据加载到 $xrN 寄存器中。
2. 执行：运行一条仅应触及低 128 位（或其子集）的指令（LSX 或基础浮点操作）。
3. 存储：通过 xvst 将完整的 256 位寄存器内容读回。
4. 比较：对比全部 256 位与原始值。如果高 128 位或低 128 位与预期的零值不同，则说明发生了泄露。

该 PoC 在绑定到物理核心的线程上，对 16 个架构向量寄存器（$xr0–$xr15）重复执行上述探测。若操作后出现非零值，表明微架构已将陈旧数据或跨上下文数据传播到架构寄存器状态中。

探测指令（Gadgets）

PoC 支持多种测试指令，通过 --gadget 选择：

Gadget	指令	说明	LA664 泄露	LA464 泄露
vor	vor.v $vrN, $vrN, $vrN	$vrN 自身的按位或	是	否
vld	vld $vrN, …	128 位内存加载到 $vrN	是	是
fld.d	fld.d $fN, …	64 位浮点加载到 $fN（$vrN 低 64 位别名）	是	是
fld.s	fld.s $fN, …	32 位浮点加载到 $fN（$vrN 低 32 位别名）	是	是

在 LA664 上，全部四个 gadget 均能触发泄露，每条向量最多泄露 192 位。 在 LA464 上，vld、fld.d、fld.s 可触发泄露（每条向量最多泄露 224 位）； 默认的 vor.v gadget 在 LA464 上无效。

用法

用法：./loongbleed_poc [选项]

选项：
  -a, --all                在每个物理核心上启动一个探测线程。
                            默认仅在 CPU 0 上启动单线程。
  -g, --gadget [vor|vld|fld.d|fld.s]
                            使用不同的指令进行测试。
  -h, --help               显示此帮助信息并退出。

示例

# 单线程模式，CPU 0
./run.sh

# 单线程模式，使用 vld gadget（LA464 必需）
./run.sh --gadget vld

# 所有物理核心，默认 gadget
./run.sh -a

# 所有核心，使用 fld.d gadget
./run.sh --all --gadget fld.d

攻击场景

LA664（例如龙芯 3C6000/D）

受害线程在一个逻辑 CPU 上处理敏感数据，同时 PoC 在其 SMT 兄弟线程上探测寄存器。嗅探线程可以在泄露的高位比特中观察到受害数据的片段。

# 终端 1 — 在 CPU 0 上启动 LoongBleed
./run.sh

# 终端 2 — 在 SMT 兄弟线程（CPU 1）上运行受害负载
while true; do numactl -C 1 sort < /etc/shadow > /dev/null; done

也可使用自动化脚本：

./poc_la664.sh

该脚本在 CPU 1（CPU 0 的 SMT 兄弟）上启动 sort 负载，并在 CPU 0 上使用默认 gadget 启动 LoongBleed。

LA464

受害线程在一个 CPU 上处理敏感数据，同时 PoC 在同一个核上探测寄存器。需要 --gadget vld 参数，因为默认的 vor.v gadget 在 LA464 上不会泄露数据。

# 终端 1 — 在 CPU 0 上启动 LoongBleed
./run.sh --gadget vld

# 终端 2 — 在同一个 CPU 上运行受害负载
while true; do numactl -C 0 sort < /etc/shadow > /dev/null; done

也可使用自动化脚本：

./poc_la464.sh

该脚本在 CPU 0 上启动 sort 负载，并使用 --gadget vld 启动 LoongBleed。

编译

PoC 是一个单文件 C++ 程序，无外部依赖。

g++ -std=c++11 -O2 -march=native -pthread -o loongbleed_poc loongbleed_poc.cpp

或者使用提供的脚本：

./run.sh
# 或者，对 LA464：
./run.sh --gadget vld

输出解读

当检测到泄露且泄露字节中包含至少 8 个连续的可打印 ASCII 字符（0x20–0x7e）时，PoC 会输出：

[cpu   0] LEAK chunk=14 data=0x7461646e756f4620_6572617774666f53_0000000000000000_0000000000000000 ascii=............Software Foundat

• cpu — 检测线程所绑定的逻辑 CPU
• chunk — 触发泄露的向量寄存器槽位（$xr0–$xr15）
• data — 指令后从 $xrN 读回的全部 256 位值，以 data3_data2_data1_data0 格式显示，其中：
  • data0 = 位 [63:0]（结果的最低 64 位）
  • data1 = 位 [127:64]（低 128 位半部分的高 64 位）
  • data2 = 位 [191:128]（高 128 位半部分的低 64 位）
  • data3 = 位 [255:192]（高 128 位半部分的高 64 位）
• ascii — 28 字节窗口（结果字节 4–31，即高 224 位减去最低 32 位）的可打印字符解释。不可打印字节显示为 .。

高 128 位（data2 或 data3）中的任何非零值均表示微架构数据泄露。

发现过程

该漏洞是在阅读 Chips and Cheese 的文章《Loongson’s LSX and LASX Vector Extensions》时发现的。文中提到向量指令会残留一些随机数据，这让我们联想到：会不会是寄存器重命名没有清空寄存器——这与 ZenBleed 的机制类似——理论上就可以泄露内核态数据。于是我们做了实验验证这一假设，发现确实如此，并且在龙芯 3A5000 和 3A6000 上都能复现。

免责声明

本项目仅供教育和安全研究目的使用。