php - 使用 PHP 进行定时攻击

Question

我正尝试在 PHP 中进行定时攻击，并使用 PHP 7.1 和以下脚本:

<?php
    $find = "hello";
    $length = array_combine(range(1, 10), array_fill(1, 10, 0));
    for ($i = 0; $i < 1000000; $i++) {
        for ($j = 1; $j <= 10; $j++) {
            $testValue = str_repeat('a', $j);
            $start = microtime(true);
            if ($find === $testValue) {
                // Do nothing
            }
            $end = microtime(true);
            $length[$j] += $end - $start;
        }
    }

    arsort($length);
    $length = key($length);
    var_dump($length . " found");

    $found = '';
    $alphabet = array_combine(range('a', 'z'), array_fill(1, 26, 0));
    for ($len = 0; $len < $length; $len++) {
        $currentIteration = $alphabet;
        $filler = str_repeat('a', $length - $len - 1);
        for ($i = 0; $i < 1000000; $i++) {
            foreach ($currentIteration as $letter => $time) {
                $testValue = $found . $letter . $filler;
                $start = microtime(true);
                if ($find === $testValue) {
                    // Do nothing
                }
                $end = microtime(true);
                $currentIteration[$letter] += $end - $start;
            }
        }
        arsort($currentIteration);
        $found .= key($currentIteration);
    }
    var_dump($found);

这是搜索具有以下约束的单词

• 仅限a-z
• 最多 10 个字符

脚本可以毫无问题地找到单词的长度，但是单词的值永远不会像预期的那样通过定时攻击返回。

我做错了什么吗？

脚本循环遍历长度，正确识别长度。然后循环遍历每个字母 (a-z) 并检查这些字母的速度。理论上，'haaaa' 应该比 'aaaaa' 稍微慢一些，因为第一个字母是 h。然后对五个字母中的每一个进行处理。

运行给出类似“brhas”的东西，这显然是错误的(每次都不同，但总是错误的)。

Answer 1

Is there something I am doing wrong?

我不这么认为。我试过你的代码，我也像你和其他在评论中试过的人一样，在第二个循环中得到完全随机的结果。第一个(长度)大部分是可靠的，尽管不是 100% 的时间。顺便说一下，建议的 $argv[1] 技巧并没有真正提高结果的一致性，老实说，我真的不明白为什么要这样做。

出于好奇，我查看了 PHP 7.1 源代码。字符串标识函数 (zend_is_identical) 如下所示:

    case IS_STRING:
        return (Z_STR_P(op1) == Z_STR_P(op2) ||
            (Z_STRLEN_P(op1) == Z_STRLEN_P(op2) &&
             memcmp(Z_STRVAL_P(op1), Z_STRVAL_P(op2), Z_STRLEN_P(op1)) == 0));

现在很容易看出为什么对长度的第一次计时攻击效果很好。如果长度不同，则永远不会调用 memcmp，因此它返回得更快。即使没有太多迭代，差异也很容易被注意到。

一旦计算出长度，在第二个循环中，您基本上是在尝试攻击底层的 memcmp。问题在于时间差异在很大程度上取决于:

1. memcmp的实现
2. 当前负载和干扰过程
3. 机器的架构。

我推荐这篇标题为 "Benchmarking memcmp for timing attacks" 的文章以获得更详细的解释。他们做了一个更精确的基准测试，但仍然无法在时间上获得明显的差异。我只是想引用文章的结论:

In conclusion, it highly depends on the circumstances if a memcmp() is subject to a timing attack.