長度擴充攻擊
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在密碼學和電腦安全中,長度擴充攻擊(英語:Length extension attacks)是指一種針對特定加密雜湊函數的攻擊手段,攻擊者可以利用H(訊息1)和訊息1的長度,不知道訊息1內容的情形下,將攻擊者控制的訊息2計算出H(訊息1 ‖ 訊息2)。
該攻擊適用於在訊息與金鑰的長度已知的情形下,所有採取了 H(金鑰 ∥ 訊息) 此類構造的雜湊函數[1]。MD5和SHA-1等基於Merkle–Damgård構造的演算法均對此類攻擊顯示出脆弱性[2][3][4]。注意,由於金鑰雜湊訊息鑑別碼(HMAC)並未採取 H(金鑰 ∥ 訊息) 的構造方式,因此不會受到此類攻擊的影響(如HMAC-MD5、HMAC-SHA1)[5]。SHA-3演算法對此攻擊免疫[6]。
解釋
對此類攻擊脆弱的雜湊函數的常規工作方式是:取得輸入訊息,利用其轉換函數的內部狀態;當所有輸入均處理完畢後,由函數內部狀態生成用於輸出的雜湊摘要。因而存在着從雜湊摘要重新構建內部狀態、並進一步用於處理新數據(攻擊者偽造數據)的可能性。如是,攻擊者得以擴充訊息的長度,並為新的偽造訊息計算出合法的雜湊摘要。
範例
一個用於向指定地點的用戶遞送指定種類窩夫(即下面代碼中的waffle)的伺服器,可處理如下格式的請求:
原始数据: count=10&lat=37.351&user_id=1&long=-119.827&waffle=eggo 原始签名: 6d5f807e23db210bc254a28be2d6759a0f5f5d99
若且唯若該用戶給出的簽章對於其當前請求(向指定地點的用戶1遞送10個Eggo窩夫)而言合法時,伺服器才會實際處理該業務。該簽章是一個訊息鑑別碼(MAC),由某個攻擊者不可知曉的金鑰簽發。(事實上,這個例子對於重放攻擊同樣脆弱,攻擊者亦可能通過二次傳送同樣的請求和簽章來實施攻擊。)
攻擊者可能篡改該請求,在上述例子中,假設某攻擊者把窩夫的種類從「eggo」改為「liege」,這可以藉助於訊息格式本身的靈活性達到:對於請求字串中重複的參數域,總是處理最後的參數。這樣的靈活性並不能算作是訊息格式本身的安全漏洞,因為訊息格式在設計之初並未以安全性為前提;安全性需要通過簽章演算法的輔助來達到。
攻击者希望篡改的新数据: count=10&lat=37.351&user_id=1&long=-119.827&waffle=eggo&waffle=liege
為了給此新資訊加上合法的簽章,攻擊者通常需要知道用於簽章資訊的金鑰,並由此金鑰生成一個新的MAC來作為新簽章。然而,藉助於長度擴充攻擊手段,攻擊者可以將雜湊(如上給出的簽章)傳遞給雜湊函數作為原始狀態,而從原請求處開始繼續處理,這只需知道原請求的長度即可;在該請求中,原金鑰的長度為14位元組,這可以通過試探不同長度的偽造請求、並檢查何種長度的請求被伺服器接受而得到。
傳遞給雜湊函數的資訊通常是填充(Padding)後的,因為許多演算法只接受長度為指定大小倍數的輸入。填充的內容是由採用的雜湊函數決定的。攻擊者在新資訊中除了包含原資訊和偽造資訊之外,還應當包含必需的填充位。因而,攻擊者利用填充規則可以構造出如下資訊:
新数据: count=10&lat=37.351&user_id=1&long=-119.827&waffle=eggo\x80\x00\x00 \x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00 \x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00 \x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00 \x00\x00\x00\x02&waffle=liege
該資訊包含了雜湊函數中添加到原訊息的填充位(在此範例中,是一個0x80,隨後是若干0x00,最後是訊息長度)。攻擊者知道原訊息的雜湊金鑰/訊息對所對應的狀態直到最後一個「&」為止,均和新訊息是相同的;攻擊者此時亦知道其雜湊摘要,這意味着雜湊函數的內部狀態已經被完全偽造。此時,初始化一個雜湊演算法就非常簡單了,給定剩餘的字串作為輸入,即可生成一個用於簽章的新摘要,而根本無須知曉原金鑰。
新签名: 0e41270260895979317fff3898ab85668953aaa2
通過連接新簽章和新數據成為一個新請求,伺服器將把該偽造的請求視作一個有效的請求,因為其簽章和在知道密碼情況下生成的簽章完全等效。
該攻擊主要用於偽造已簽章的訊息,但亦可能存在其他用途。[7]
實現
目前實現該類型攻擊的工具並不多。一個藉助於OpenSSL實現了針對多種雜湊函數的攻擊的工具是 HashPump (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)。該工具支援針對MD5、SHA1、SHA256和SHA512的長度擴充攻擊。[7]SHA224和SHA384受此攻擊的影響相對較小,由於這兩個函數的輸出分別是更長的雜湊函數(分別是256及512位元)的前224位元和前384位元,因此其輸出並不包含雜湊內部狀態的全部長度,不能直接使用雜湊值進行長度擴充攻擊。然而,SHA224和SHA384畢竟輸出了更長雜湊的很大一部分,因此攻擊者仍然可以輕易地首先窮舉得到剩下的部分(缺失長度僅為32位元和128位元)後,再實施長度擴充攻擊。因此,不能依賴截取部分雜湊來實現訊息驗證碼。
參考
- ^ Hoàng Vũ. MD5 Length Extension Attack Revisited. [31 January 2013]. (原始內容存檔於2014-10-29).
- ^ White Hat Security. Hash Length Extension Attacks. [31 January 2013]. (原始內容存檔於2014-02-26).
- ^ Flickr API Signature Forgery Vulnerability (PDF). [2014-01-30]. (原始內容存檔 (PDF)於2021-04-09).
- ^ Christopher Meyer. Hash Length Extension Attacks. [31 January 2013]. (原始內容存檔於2021-04-14).
- ^ Nate Lawson. Stop using unsafe keyed hashes, use HMAC. [31 January 2013]. (原始內容存檔於2021-05-06).
- ^ Keccak team. Strengths of Keccak - Design and security. [30 January 2013]. (原始內容存檔於2017-06-06).
Unlike SHA-1 and SHA-2, Keccak does not have the length-extension weakness, hence does not need the HMAC nested construction. Instead, MAC computation can be performed by simply prepending the message with the key.
- ^ 7.0 7.1 Wallace, Brian. Hash Length Extension Attack. (原始內容存檔於2013-05-03).
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