聊一聊Equals與時間序列攻擊
引言
隨著信息技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡安全和隱私問題變得愈發(fā)重要。黑客和攻擊者不斷尋找新的攻擊方法，其中之一是時間序列攻擊（Timing Attack）。時間序列攻擊是一種側(cè)信道攻擊，攻擊者試圖通過測量程序的執(zhí)行時間來推斷程序內(nèi)部的信息。
什么是時間序列攻擊？
時間序列攻擊，又稱時序攻擊，是一種利用計算機程序或系統(tǒng)的執(zhí)行時間來推斷內(nèi)部信息的攻擊方法。攻擊者通過觀察程序的執(zhí)行時間來猜測程序內(nèi)部的敏感信息，例如密碼、密鑰或其他機密數(shù)據(jù)。時序攻擊通常是一種側(cè)信道攻擊，因為攻擊者不直接訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)，而是通過側(cè)信道（即程序的執(zhí)行時間）來獲取信息。
如何進行時間序列攻擊與防御？
時間序列攻擊的攻擊者通常執(zhí)行以下步驟：
- 選擇目標：攻擊者選擇一個目標，通常是一個包含敏感信息的系統(tǒng)或程序。
- 構建攻擊模型：攻擊者分析目標系統(tǒng)的執(zhí)行時間，構建一個攻擊模型，以了解如何根據(jù)執(zhí)行時間來推斷內(nèi)部信息。
- 執(zhí)行攻擊：攻擊者通過多次執(zhí)行相同操作，并測量每次操作的執(zhí)行時間，來獲取足夠的時間數(shù)據(jù)。
- 分析數(shù)據(jù)：攻擊者分析收集到的時間數(shù)據(jù)，尋找執(zhí)行時間的差異，以推斷出內(nèi)部信息的可能值。
java模擬時間序列攻擊
模擬時間序列攻擊。它通過在 isEquals 方法中引入時間延遲，來模擬攻擊者通過測量程序執(zhí)行時間來猜測兩個字節(jié)數(shù)組的內(nèi)容是否相等。根據(jù)不同的字節(jié)數(shù)組內(nèi)容，程序會輸出不同的執(zhí)行時間，以演示如何利用執(zhí)行時間的差異來進行攻擊
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 記錄開始時間
Long start = System.currentTimeMillis();
// 調(diào)用isEquals方法比較兩個字節(jié)數(shù)組的內(nèi)容
isEquals("adfg".getBytes(), "abcd".getBytes());
// 計算并輸出比較 "adfg" >> "abcd" 的時間差
System.out.println("比較 adfg >> abcd 時間: " + (System.currentTimeMillis() - start));
start = System.currentTimeMillis();
isEquals("abfg".getBytes(), "abcd".getBytes());
System.out.println("比較 abfg >> abcd 時間: " + (System.currentTimeMillis() - start));
start = System.currentTimeMillis();
isEquals("abcg".getBytes(), "abcd".getBytes());
System.out.println("比較 abcg >> abcd 時間: " + (System.currentTimeMillis() - start));
}
// 自定義方法，用于比較兩個字節(jié)數(shù)組的內(nèi)容
public static Boolean isEquals(byte[] digesta, byte[] digestb) {
for (int i = 0; i < digesta.length; i++) {
// 模擬時間延遲，每次比較等待100毫秒
Test.sleep(100L);
// 如果發(fā)現(xiàn)不同的字節(jié)，返回false，表示內(nèi)容不相等
if (digesta[i] != digestb[i]) {
return false;
}
}
// 所有字節(jié)都相等，返回true，表示內(nèi)容相等
return true;
}
// 自定義方法，用于讓當前線程休眠指定的毫秒數(shù)
public static void sleep(Long millis) {
try {
Thread.sleep(millis);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}這段代碼模擬了時間序列攻擊的情景，通過不同的字節(jié)數(shù)組內(nèi)容和模擬的時間延遲，演示了如何利用執(zhí)行時間的差異來進行攻擊。請注意，這種方式只是模擬，實際的時間序列攻擊更為復雜和不道德。
執(zhí)行結(jié)果：
比較 adfg >> abcd 時間: 207
比較 abfg >> abcd 時間: 317
比較 abcg >> abcd 時間: 412因為兩個字符串從左到右相匹配的字節(jié)不同，所以每次進行比較的時間不相等：abcg > abfg > adfg
要防范時間序列攻擊，可以采取以下措施：
- 實施時間恒定的算法：在密碼學和安全相關的應用中，使用時間恒定的算法，確保無論輸入的數(shù)據(jù)如何，執(zhí)行時間都保持不變。這可以防止攻擊者根據(jù)執(zhí)行時間來猜測敏感信息。
- 引入隨機性：在比較和處理敏感信息時，引入隨機的等待時間，以干擾攻擊者的時間測量。
- 使用受信任的密碼學庫：在處理密碼學操作時，使用受信任的密碼學庫，這些庫已經(jīng)考慮了時序攻擊的防護措施。
- 監(jiān)測和審計：定期監(jiān)測系統(tǒng)的執(zhí)行時間和響應時間，以檢測潛在的時序攻擊。
Java方法更改
public static Boolean isEquals(byte[] digesta, byte[] digestb) {
Boolean temp = true;
for (int i = 0; i < digesta.length; i++) {
Test.sleep(100L);
if (digesta[i] != digestb[i]) {
temp = false;
}
}
return temp;
}全部遍歷，即使兩個字符串從左到右相匹配的字節(jié)不同，但是比對次數(shù)相同，故時間相等：abcg = abfg = adfg
MessageDigest.isEqual() 方法介紹
MessageDigest.isEqual() 方法不是標準Java API 的一部分，而是可能在一些安全庫或密碼學庫中自定義的方法。然而，它的作用是比較兩個字節(jié)數(shù)組是否相等，通常用于安全相關的應用，以防止時間序列攻擊（Timing Attack）等側(cè)信道攻擊。
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;
}這個方法的主要特點是，它會在比較兩個字節(jié)數(shù)組時采用時間恒定的比較方式，確保無論兩個字節(jié)數(shù)組的內(nèi)容是否相等，執(zhí)行時間都保持相同。這是為了防止攻擊者通過測量執(zhí)行時間的差異來猜測內(nèi)部數(shù)據(jù)。
時間序列攻擊是一種隱蔽的攻擊方法，可用于推斷內(nèi)部信息，威脅安全和隱私。在設計和實現(xiàn)安全系統(tǒng)時，應該認真考慮時序攻擊，并采取適當?shù)姆雷o措施，以確保敏感信息的保密性和完整性。隨著安全技術的不斷發(fā)展，我們可以更好地應對這種類型的威脅，保護我們的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)。時序攻擊是一個不斷演變的領域，需要持續(xù)的研究和關注，以確保我們的安全措施足夠健壯。
