时序攻击

两段看似相同的代码，为何一段安全另一段却致命？深入浅出时序攻击

细微差别背后，隐藏着惊人的安全漏洞

作为程序员，我们经常编写比较函数——比较字符串、密码、令牌等。但你是否想过，一个看似微小的实现差异，可能让你的系统门户大开？
两段代码的谜题

先来看看这两段实现相同功能的代码：

1. # 代码一：直观版本
2. def compare(a, b):
3.     for i in range(len(a)):
4.         if a[i] != b[i]:
5.             return False
6.     return True
8. # 代码二：位运算版本  
9. def compare(a, b):
10.     result = 0
11.     for x, y in zip(a, b):
12.         result |= x ^ y
13.     return result == 0

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从功能上看，两者都检查两个序列是否相等。但代码一存在严重安全漏洞，而代码二才是安全的做法。
时序攻击：黑客的时间侦探术

时序攻击（Timing Attack）是一种侧信道攻击，攻击者通过分析程序执行时间的差异来推断敏感信息。
一个生动的比喻

想象你正在玩猜数字游戏：

• 不安全版本：你每猜一个数字，对方就立即说"不对"，但反应速度不同
  
  
  
  • 猜中前几位时，对方思考时间变长
    
  • 你通过"时间差"就知道哪些数字猜对了
    
  
  
• 安全版本：无论你猜什么，对方都固定思考3秒才回答
  
  
  
  • 你无法从反应时间获得任何线索
    
  
  

这就是时序攻击的本质——通过执行时间差来获取信息。
代码一为何危险？

1. def compare(a, b):
2.     for i in range(len(a)):
3.         if a[i] != b[i]:  # 发现不匹配立即返回
4.             return False   # 执行时间短
5.     return True           # 执行时间长

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攻击过程：

• 攻击者提交 "a" + 错误数据
  
  
  
  • 系统立即返回 → 第一个字符就错了
    
  
  
• 攻击者提交 "pa" + 错误数据
  
  
  
  • 系统稍慢返回 → 第一个字符对了，第二个错了
    
  
  
• 攻击者提交 "pas" + 错误数据
  
  
  
  • 系统更慢返回 → 前两个字符对了
    
  
  
• 如此反复，逐步猜出完整密码
  

关键问题：执行时间泄露了"正确前缀的长度"！
代码二如何防御？

1. def compare(a, b):
2.     result = 0
3.     for x, y in zip(a, b):
4.         result |= x ^ y  # 必须处理所有元素
5.     return result == 0   # 最后统一判断

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防御原理：

• 无论比较什么，都完整遍历所有元素
  
• 使用位运算累积结果，不提前返回
  
• 执行时间恒定，不泄露任何位置信息
  

就像无论你猜什么数字，对方都固定思考3秒——攻击者无法获得时间线索。
现实世界的惨痛教训

时序攻击不是理论威胁，而是真实存在的危险：
案例1：网站登录系统

某知名网站使用类似代码一的比较方式，攻击者通过测量HTTP响应时间，成功破解了用户密码。
案例2：API密钥验证

加密货币交易所的API密钥验证存在时序漏洞，攻击者逐步猜出密钥字符，盗取巨额资产。
案例3：加密库漏洞

多个加密库曾因时序漏洞被攻破，攻击者通过分析加密操作时间推测出私钥。
如何编写安全的比较代码？

基本原则

• 恒定时间：确保操作耗时与输入数据无关
  
• 不提前返回：即使发现不匹配，也要完成所有操作
  
• 避免分支：尽量减少条件判断带来的时间差异
  

各语言的安全比较

1. // Java
2. public static boolean secureCompare(byte[] a, byte[] b) {
3.     if (a.length != b.length) return false;
4.     int result = 0;
5.     for (int i = 0; i < a.length; i++) {
6.         result |= a[i] ^ b[i];
7.     }
8.     return result == 0;
9. }

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1. // Node.js
2. const crypto = require('crypto');
3. function secureCompare(a, b) {
4.     return crypto.timingSafeEqual(
5.         Buffer.from(a),
6.         Buffer.from(b)
7.     );
8. }

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哪些场景需要特别警惕？

• 密码验证：用户登录、API认证
  
• 加密操作：密钥比较、签名验证
  
• 权限检查：令牌验证、会话管理
  
• 敏感数据：任何涉及安全决策的比较
  

总结：安全在于细节

两段看似相同的代码，展现了完全不同的安全等级。这提醒我们：


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