聊一聊Equals與時間序列攻擊
引言
隨著信息技術的迅速發展，網絡安全和隱私問題變得愈發重要。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信道攻擊，攻擊者試圖通過測量程序的執行時間來推斷程序內部的信息。
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的執行時間來推斷內部信息的攻擊方法。攻擊者通過觀察程序的執行時間來猜測程序內部的敏感信息，例如密碼、密鑰或其他機密數據。時序攻擊通常是一種側信道攻擊，因為攻擊者不直接訪問內部數據，而是通過側信道（即程序的執行時間）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或程序。
- 構建攻擊模型：攻擊者分析目標系統的執行時間，構建一個攻擊模型，以了解如何根據執行時間來推斷內部信息。
- 執行攻擊：攻擊者通過多次執行相同操作，并測量每次操作的執行時間，來獲取足夠的時間數據。
- 分析數據：攻擊者分析收集到的時間數據，尋找執行時間的差異，以推斷出內部信息的可能值。
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行時間來猜測兩個字節數組的內容是否相等。根據不同的字節數組內容，程序會輸出不同的執行時間，以演示如何利用執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();
// 調用isEquals方法比較兩個字節數組的內容
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，用于比較兩個字節數組的內容
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);
// 如果發現不同的字節，返回false，表示內容不相等
if (digesta[i] != digestb[i]) {
return false;
}
}
// 所有字節都相等，返回true，表示內容相等
return true;
}
// 自定義方法，用于讓當前線程休眠指定的毫秒數
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，通過不同的字節數組內容和模擬的時間延遲，演示了如何利用執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。
執行結果：
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，確保無論輸入的數據如何，執行時間都保持不變。這可以防止攻擊者根據執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，這些庫已經考慮了時序攻擊的防護措施。
- 監測和審計：定期監測系統的執行時間和響應時間，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不同，但是比對次數相同，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數組是否相等，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數組時采用時間恒定的比較方式，確保無論兩個字節數組的內容是否相等，執行時間都保持相同。這是為了防止攻擊者通過測量執行時間的差異來猜測內部數據。
時間序列攻擊是一種隱蔽的攻擊方法，可用于推斷內部信息，威脅安全和隱私。在設計和實現安全系統時，應該認真考慮時序攻擊，并采取適當的防護措施，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展，我們可以更好地應對這種類型的威脅，保護我們的數據和系統。時序攻擊是一個不斷演變的領域，需要持續的研究和關注，以確保我們的安全措施足夠健壯。
