基于timestamp和nonce的防重放攻击

电玩女神 2022-02-26 02:12 200阅读 0赞

以前总是通过timestamp来防止重放攻击，但是这样并不能保证每次请求都是一次性的。今天看到了一篇文章介绍的通过nonce（Number used once）来保证一次有效，感觉两者结合一下，就能达到一个非常好的效果了。

重放攻击是计算机世界黑客常用的攻击方式之一，所谓重放攻击就是攻击者发送一个目的主机已接收过的包，来达到欺骗系统的目的，主要用于身份认证过程。

首先要明确一个事情，重放攻击是二次请求，黑客通过抓包获取到了请求的HTTP报文，然后黑客自己编写了一个类似的HTTP请求，发送给服务器。也就是说服务器处理了两个请求，先处理了正常的HTTP请求，然后又处理了黑客发送的篡改过的HTTP请求。

# 基于timestamp的方案 #

每次HTTP请求，都需要加上timestamp参数，然后把timestamp和其他参数一起进行数字签名。因为一次正常的HTTP请求，从发出到达服务器一般都不会超过60s，所以服务器收到HTTP请求之后，首先判断时间戳参数与当前时间相比较，是否超过了60s，如果超过了则认为是非法的请求。

假如黑客通过抓包得到了我们的请求url： [http://koastal.site/index/Info?uid=ZX07&stime=1480862753&sign=80b886d71449cb33355d017893720666][http_koastal.site_index_Info_uid_ZX07_stime_1480862753_sign_80b886d71449cb33355d017893720666]

$sign=md5($uid.$token.$stime);
    // 服务器通过uid从数据库中可读出token

一般情况下，黑客从抓包重放请求耗时远远超过了60s，所以此时请求中的stime参数已经失效了。   
如果黑客修改stime参数为当前的时间戳，则sign参数对应的数字签名就会失效，因为黑客不知道token值，没有办法生成新的数字签名。

但这种方式的漏洞也是显而易见的，如果在60s之后进行重放攻击，那就没办法了，所以这种方式不能保证请求仅一次有效。

# 基于nonce的方案 #

nonce的意思是仅一次有效的随机字符串，要求每次请求时，该参数要保证不同，所以该参数一般与时间戳有关，我们这里为了方便起见，直接使用时间戳的16进制，实际使用时可以加上客户端的ip地址，mac地址等信息做个哈希之后，作为nonce参数。   
我们将每次请求的nonce参数存储到一个“集合”中，可以json格式存储到[数据库][Link 1]或缓存中。   
每次处理HTTP请求时，首先判断该请求的nonce参数是否在该“集合”中，如果存在则认为是非法请求。

假如黑客通过抓包得到了我们的请求url： [http://koastal.site/index/Info?uid=ZX07&nonce=58442c21&sign=80b886d71449cb33355d017893720666][http_koastal.site_index_Info_uid_ZX07_nonce_58442c21_sign_80b886d71449cb33355d017893720666]

其中：

$sign=md5($uid.$token.$stime);
    // 服务器通过uid从数据库中可读出token

nonce参数在首次请求时，已经被存储到了服务器上的“集合”中，再次发送请求会被识别并拒绝。   
　　nonce参数作为数字签名的一部分，是无法篡改的，因为黑客不清楚token，所以不能生成新的sign。

这种方式也有很大的问题，那就是存储nonce参数的“集合”会越来越大，验证nonce是否存在“集合”中的耗时会越来越长。我们不能让nonce“集合”无限大，所以需要定期清理该“集合”，但是一旦该“集合”被清理，我们就无法验证被清理了的nonce参数了。也就是说，假设该“集合”平均1天清理一次的话，我们抓取到的该url，虽然当时无法进行重放攻击，但是我们还是可以每隔一天进行一次重放攻击的。而且存储24小时内，所有请求的“nonce”参数，也是一笔不小的开销。

# 基于timestamp和nonce的方案 #

那我们如果同时使用timestamp和nonce参数呢？   
nonce的一次性可以解决timestamp参数60s的问题，timestamp可以解决nonce参数“集合”越来越大的问题。

我们在timestamp方案的基础上，加上nonce参数，因为timstamp参数对于超过60s的请求，都认为非法请求，所以我们只需要存储60s的nonce参数的“集合”即可。

假如黑客通过抓包得到了我们的请求url： [http://koastal.site/index/Info?uid=ZX07&stime=1480862753&nonce=58442c21&sign=80b886d71449cb33355d017893720666][http_koastal.site_index_Info_uid_ZX07_stime_1480862753_nonce_58442c21_sign_80b886d71449cb33355d017893720666]

其中：

$sign=md5($uid.$token.$stime);
    // 服务器通过uid从数据库中可读出token

如果在60s内，重放该HTTP请求，因为nonce参数已经在首次请求的时候被记录在服务器的nonce参数“集合”中，所以会被判断为非法请求。超过60s之后，stime参数就会失效，此时因为黑客不清楚token的值，所以无法重新生成签名。

综上，我们认为一次正常的HTTP请求发送不会超过60s，在60s之内的重放攻击可以由nonce参数保证，超过60s的重放攻击可以由stime参数保证。

因为nonce参数只会在60s之内起作用，所以只需要保存60s之内的nonce参数即可。

我们并不一定要每个60s去清理该nonce参数的集合，只需要在新的nonce到来时，判断nonce集合最后一次修改时间，超过60s的话，就清空该集合，存放新的nonce参数集合。其实nonce参数集合可以存放的时间更久一些，但是最少是60s。

验证流程：

//判断stime参数是否有效
    if( $now - $stime > 60){
    
        die("请求超时");
    }
    
    //判断nonce参数是否在“集合”已存在
    if( in_array($nonce,$nonceArray) ){
    
        die("请求仅一次有效");
    }
    
    //验证数字签名   
    if ( $sign != md5($uid.$token.$stime.$nonce) ){
    
        die("数字签名验证失败");
    
    }
    
    //判断是否需要清理nonce集合
    if( $now - $nonceArray->lastModifyTime > 60 ){
    
        $nonceArray = null;
    
    }
    
    //记录本次请求的nonce参数
    $nonceArray.push($nonce);
    
    //开始处理合法的请求

[http_koastal.site_index_Info_uid_ZX07_stime_1480862753_sign_80b886d71449cb33355d017893720666]: http://koastal.site/index/Info?uid=ZX07&stime=1480862753&sign=80b886d71449cb33355d017893720666
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/mysql
[http_koastal.site_index_Info_uid_ZX07_nonce_58442c21_sign_80b886d71449cb33355d017893720666]: http://koastal.site/index/Info?uid=ZX07&nonce=58442c21&sign=80b886d71449cb33355d017893720666
[http_koastal.site_index_Info_uid_ZX07_stime_1480862753_nonce_58442c21_sign_80b886d71449cb33355d017893720666]: http://koastal.site/index/Info?uid=ZX07&stime=1480862753&nonce=58442c21&sign=80b886d71449cb33355d017893720666