各位听众,早上好/下午好/晚上好!(取决于您阅读的时间啦!)
今天咱们来聊聊一个听起来有点神秘,但其实非常实用的安全话题:浏览器端的Timing Attacks(时间攻击)。 这玩意儿就像是安全领域里的“窃听风云”,攻击者通过分析你的代码执行时间,就能慢慢摸清你隐藏的秘密。 别担心,咱们会用最通俗易懂的方式,把它扒个底朝天。
1. 什么是Timing Attack?(时间攻击的基础概念)
想象一下,你正在试图打开一个保险箱,密码是四个数字。 如果你每次输错一个数字,保险箱都会发出“嘟”的一声,而且声音持续的时间跟你猜对的数字个数有关:猜对的数字越多,“嘟”的声音持续时间越长。
那么,即使你不知道正确的密码,你也可以通过不断尝试,并记录每次“嘟”的声音持续时间,最终找到正确的密码。 这就是Timing Attack的基本原理: 通过测量操作执行的时间,来推断隐藏的信息。
在计算机安全领域,Timing Attack就是指攻击者通过分析代码执行时间的变化,来获取敏感信息,比如密码、密钥等等。 这种攻击通常利用程序在不同条件下执行时间上的差异。
2. Timing Attack在浏览器端的应用场景
在浏览器端,Timing Attack 可以利用 JavaScript 的特性,攻击者可以通过 JavaScript 精确地测量代码执行的时间。 常见应用场景包括:
- 密码哈希比较: 验证用户输入的密码时,服务器端通常会将用户输入的密码进行哈希处理,然后与数据库中存储的哈希值进行比较。 如果比较函数不是设计得当,攻击者可以通过测量比较的时间,来判断用户输入的密码与正确密码的相似程度,从而逐步破解密码。
- 验证码识别: 某些验证码识别程序可能会根据验证码的复杂度,花费不同的时间。 攻击者可以通过测量验证码识别的时间,来判断验证码的类型和难度,从而提高破解的成功率。
- 跨域信息泄露: 某些浏览器的跨域策略可能存在漏洞,攻击者可以通过测量跨域请求的时间,来获取其他域的信息。
3. 密码哈希比较中的Timing Attack(重点!)
咱们重点说说密码哈希比较中的Timing Attack。 这也是最常见的Timing Attack场景之一。
3.1. 易受攻击的密码比较函数
假设我们有这样一个简单的JavaScript函数,用于比较用户输入的密码和存储的哈希值:
function insecureCompare(userInput, storedHash) {
if (userInput.length !== storedHash.length) {
return false;
}
for (let i = 0; i < userInput.length; i++) {
if (userInput[i] !== storedHash[i]) {
return false;
}
}
return true;
}
这个函数的问题在于,它在遇到第一个不匹配的字符时就立即返回false
。 这意味着,如果用户输入的密码与存储的哈希值的前几个字符匹配,那么比较的时间就会比前几个字符不匹配的情况更长。 攻击者可以通过多次尝试,并记录每次比较的时间,来逐步猜测正确的哈希值。
3.2. 攻击示例
假设存储的哈希值是"abcdefg"
。 攻击者可以尝试以下输入:
"aaaaaaa"
:比较时间较短"baaaaaa"
:比较时间较短"caaaaaa"
:比较时间较短"daaaaaa"
:比较时间较短"eaaaaaa"
:比较时间较短"faaaaaa"
:比较时间较长! 说明第一个字符可能是"a"
到"f"
之间的某个字符。"gaaaaaa"
:比较时间较短"haaaaaa"
:比较时间较短
通过这种方式,攻击者可以逐步缩小范围,最终确定第一个字符是"a"
到"f"
之间的某个字符。 然后,攻击者可以继续尝试第二个字符,以此类推,最终破解整个哈希值。
3.3. 代码演示
为了更直观地展示Timing Attack的效果,我们可以编写一个简单的测试程序:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Timing Attack Demo</title>
</head>
<body>
<h1>Timing Attack Demo</h1>
<input type="text" id="userInput" placeholder="Enter your guess">
<button onclick="testCompare()">Test</button>
<p id="result"></p>
<script>
const storedHash = "abcdefg"; // 存储的哈希值
function insecureCompare(userInput, storedHash) {
if (userInput.length !== storedHash.length) {
return false;
}
for (let i = 0; i < userInput.length; i++) {
if (userInput[i] !== storedHash[i]) {
return false;
}
}
return true;
}
function testCompare() {
const userInput = document.getElementById("userInput").value;
const startTime = performance.now();
const result = insecureCompare(userInput, storedHash);
const endTime = performance.now();
const elapsedTime = endTime - startTime;
document.getElementById("result").textContent = `Result: ${result}, Time: ${elapsedTime.toFixed(4)} ms`;
}
</script>
</body>
</html>
在这个例子中,我们使用performance.now()
函数来测量insecureCompare
函数的执行时间。 你可以尝试输入不同的字符串,观察执行时间的变化。 你会发现,当输入的字符串与storedHash
的前几个字符匹配时,执行时间会更长。
4. 防御Timing Attack(重点中的重点!)
防御Timing Attack的关键在于,消除代码执行时间与敏感信息之间的关联。 也就是说,要让代码执行时间对于不同的输入都是恒定的,或者至少是不可预测的。
4.1. 使用恒定时间比较算法
最有效的防御方法是使用恒定时间比较算法。 这种算法无论输入是什么,都会执行相同数量的操作,从而消除时间差异。
function secureCompare(userInput, storedHash) {
if (userInput.length !== storedHash.length) {
return false;
}
let result = 0;
for (let i = 0; i < userInput.length; i++) {
result |= userInput.charCodeAt(i) ^ storedHash.charCodeAt(i); // 使用位运算,无论是否匹配都执行
}
return result === 0;
}
这个函数使用位运算^
(异或) 来比较每个字符。 无论字符是否匹配,都会执行异或运算。 然后,使用|
(或) 运算将所有比较结果合并到result
变量中。 最后,判断result
是否为0,如果为0,则表示所有字符都匹配。
关键点:
- 位运算: 位运算的执行时间通常是恒定的,不会受到输入的影响。
- 避免提前返回: 即使遇到不匹配的字符,也要继续执行比较,直到所有字符都比较完毕。
4.2. 其他防御措施
除了使用恒定时间比较算法,还有一些其他的防御措施可以帮助我们降低Timing Attack的风险:
- 加盐哈希: 在密码哈希中,使用盐(salt)可以增加哈希值的复杂度,使得攻击者更难破解密码。
- 密钥拉伸: 使用密钥拉伸算法(如PBKDF2、bcrypt、 Argon2)可以增加哈希计算的时间,使得攻击者需要花费更多的时间来破解密码。
- 限制请求频率: 通过限制用户在一定时间内尝试密码的次数,可以减缓攻击的速度。
- 使用双因素认证: 使用双因素认证可以增加安全性,即使密码被破解,攻击者也无法访问用户的帐户。
- Web Crypto API: 使用浏览器提供的Web Crypto API进行加密操作,这些API通常经过优化,可以减少Timing Attack的风险。
4.3. 代码示例 (使用Web Crypto API)
以下是使用Web Crypto API进行密码哈希和比较的示例:
async function hashPassword(password, salt) {
const encoder = new TextEncoder();
const passwordData = encoder.encode(password);
const saltData = encoder.encode(salt);
const keyMaterial = await window.crypto.subtle.importKey(
"raw",
passwordData,
{ name: "PBKDF2" },
false,
["deriveKey", "deriveBits"]
);
const key = await window.crypto.subtle.deriveKey(
{
name: "PBKDF2",
salt: saltData,
iterations: 100000, // 迭代次数,增加破解难度
hash: "SHA-256",
},
keyMaterial,
{ name: "AES-CBC", length: 256 },
false,
["encrypt", "decrypt"]
);
const exportedKey = await window.crypto.subtle.exportKey("raw", key);
const hashArray = Array.from(new Uint8Array(exportedKey));
const hashHex = hashArray
.map((b) => b.toString(16).padStart(2, "0"))
.join("");
return hashHex;
}
async function verifyPassword(password, storedHash, salt) {
const hashedPassword = await hashPassword(password, salt);
return secureCompare(hashedPassword, storedHash); // 使用恒定时间比较
}
代码解释:
hashPassword(password, salt)
:- 使用
window.crypto.subtle.importKey
导入密码作为密钥材料。 - 使用
window.crypto.subtle.deriveKey
进行密钥拉伸 (PBKDF2)。iterations
参数控制迭代次数,增加破解难度。 - 使用
window.crypto.subtle.exportKey
导出哈希后的密钥。 - 将导出的密钥转换为十六进制字符串。
- 使用
verifyPassword(password, storedHash, salt)
:- 使用相同的盐和密码哈希函数计算新的哈希值。
- 使用
secureCompare
函数进行恒定时间比较。
4.4. 表格总结防御措施
防御措施 | 描述 | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|
恒定时间比较算法 | 使用位运算,避免提前返回,确保所有字符都比较完毕。 | 彻底消除比较时间与输入之间的关联,是最有效的防御方法。 | 实现起来可能比较复杂,需要仔细考虑各种情况。 |
加盐哈希 | 在密码哈希中,使用随机生成的盐值。 | 增加哈希值的复杂度,使得攻击者更难破解密码。 | 需要安全地存储盐值。 |
密钥拉伸 | 使用密钥拉伸算法(PBKDF2、bcrypt、Argon2)增加哈希计算的时间。 | 增加攻击者破解密码所需的时间和计算资源。 | 增加了服务器端的计算负担。 |
限制请求频率 | 限制用户在一定时间内尝试密码的次数。 | 减缓攻击的速度,使得攻击者更难在短时间内破解密码。 | 可能会影响正常用户的体验。 |
使用双因素认证 | 除了密码之外,还需要用户提供其他身份验证信息(如短信验证码、指纹识别等)。 | 即使密码被破解,攻击者也无法访问用户的帐户。 | 增加了用户的操作步骤。 |
Web Crypto API | 使用浏览器提供的Web Crypto API进行加密操作。 | 这些API通常经过优化,可以减少Timing Attack的风险。 | 需要考虑浏览器的兼容性。 |
5. 总结
Timing Attack 是一种隐蔽但有效的攻击方式。 理解 Timing Attack 的原理,并采取相应的防御措施,对于保护用户的信息安全至关重要。 记住,安全无小事,细节决定成败!
希望今天的讲座对大家有所帮助。 如果有任何问题,欢迎提问! 感谢大家的收听!