计时攻击
Timing Attack ,时序攻击,是一种侧信道攻击,攻击者尝试分析加密算法的时间执行顺序来推导出密码。每个逻辑运算都需要执行时间,但是 根据不同的输入值,精确测量执行时间,根据执行时间反推出密码的一些区域 。
简单理解,就是破解密码的人,通过不同的输入策略组合尝试去验证密码,得到不同的执行时间,从而反推出密码的区域,降低破解密码的难度。
下面可以使用Java简单描述一下。
我们看一下Java中的String equals方法(Java17)
public boolean equals(Object anObject) {
if (this == anObject) {
return true;
}
return (anObject instanceof String aString)
&& (!COMPACT_STRINGS || this.coder == aString.coder)
&& StringLatin1.equals(value, aString.value);
}
//StringLatin1.equals
@IntrinsicCandidate
public static boolean equals(byte[] value, byte[] other) {
if (value.length == other.length) {
for (int i = 0; i < value.length; i++) {
if (value[i] != other[i]) {
return false;
}
}
return true;
}
return false;
}
以上方法中字符串比较一旦遇到不同的字符,那么就直接返回失败。
那么看一下下面的3行代码的执行时间。
"adfg".equals("abcd");
"abfg".equals("abcd");
"abcg".equals("abcd");
以上的3行字符串比较方法执行时间是不同的。
执行时间: 第一行 < 第二行 < 第三行
假如现在我们要猜出另外一个字符串,那么如果我们用暴力穷举猜测字符串,则 根据不同的字符串组合,得到的执行时间是不一样的,那么根据不同的执行时间分析,就可以知道前面几个字符串是否正确,从而缩小范围 。
以上是一个计时攻击的简单例子,实际密码加密,公私钥加密算法是比较复杂的,但是也要考虑计时攻击的影响。
多年前斯坦福的教授们专门针对这些问题发表过相关的论文,下面这篇于2005年发表在《Computer networks》的期刊论证了远程网络计时攻击的可能性。
计时攻击的防御
那么对于计时攻击这种要如何防止呢, 大部分的做法是使单向加密,或者密码验证的算法执行时间不会随着输入值的不同而规律变化 。换句话说就是 不同的输入值的执行时间相同 ,或者 执行时间随机分布 , 无法规律判断 。
2009年jdk6的一个升级中就有相关的优化来防止计时攻击。MessageDigest是java.security包里面的类,主要用于SHA或 MD5 等密码上安全的报文摘要功能而设计。最终会用到其equals方法。而这个改动就是针对equals方法。
其中关键的改动就是判断字符串相等时,不再看到不相等的字符就返回false。而是 对比完所有的字符之后再返回结果 。这样代码的执行时间就大致相同。
同时2021年jdk8的补丁也有相关的优化,
乍一看上面的代码已经比较完美了。但是。。。。
密码字符串的信息 还有长度信息
还是有坑哈。。。。。
其实上述中的代码还有一个问题,就是 不同长度的字符串的执行时间也不一样 ,那么如果我搞一轮不同长度字符串穷举之后,可以 根据运行计算时间的不同可以推出密码的长度 。再进行破解相对容易一点。
再看如今Java17中的这个方法, 长度不同时也不会立马返回false ,而是照常执行整个代码,这样就避免了根据执行时间先得到密码的长度。
//MessageDigest
public static boolean isEqual(byte[] digesta, byte[] digestb) {
if (digesta == digestb) return true;
if (digesta == null || digestb == null) {
return false;
}
int lenA = digesta.length;
int lenB = digestb.length;
if (lenB == 0) {
return lenA == 0;
}
int result = 0;
result |= lenA - lenB;
// time-constant comparison
for (int i = 0; i < lenA; i++) {
// If i >= lenB, indexB is 0; otherwise, i.
int indexB = ((i - lenB) > >> 31) * i;
result |= digesta[i] ^ digestb[indexB];
}
return result == 0;
}
小结
以上就是计时攻击的一些简单内容,网络安全中的冰山一角。再次致敬这些维护JDK源码的大师们!
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