【转载】网络攻击技术(三)——Denial Of Service & 哈希相关 & PHP语言 & Java语言

找到了这个系列的原始作者：

http://www.cnblogs.com/rush/archive/2012/02/05/2339037.html

最近网络安全成了一个焦点，除了国内明文密码的安全事件，还有一件事是影响比较大的——Hash Collision DoS（通过Hash碰撞进行的拒绝式服务攻击），
有恶意的人会通过这个安全漏洞让你的服务器运行巨慢无比，那他们是通过什么手段让服务器巨慢无比呢？我们如何防范DoS攻击呢？本文将给出详细的介绍。

这一篇跟Hash关系比较密切。

首先，发生哈希冲突时，我们可以使用冲突解决方法解决冲突，而主要的哈希冲突解决方法如下：

开放地址法：在原hash空间中找位置放。
 
再哈希法
 
链地址法：开启新的链表来存储新的内容。
 
建立一个公共溢出区
 
上面开放地址法和链地址法的区别，可以查看 http://blog.csdn.net/w_fenghui/article/details/2010387

注意：

.NET是使用第一种策略解决哈希冲突，它根据某种原则将碰撞数据定位到其他槽中。

而PHP是使用单链表存储碰撞的数据，因此实际上PHP哈希表的平均查找复杂度为O(L)，其中L为桶链表的平均长度；而最坏复杂度为O(N)，此时所有数据全部碰撞，哈希表退化成单链表。下图是PHP中正常哈希表和退化哈希表的示意图。

现在主流编程语言都采用的哈希算法是DJB（DJBX33A），而.NET中的NameValueCollection.GetHashCode()方法就是使用DJB算法。
 
DJB的算法实现核心是通过给哈希值（Key）乘以33（即左移5位再加上哈希值）计算哈希值，接下来让我们看一下DJB算法的实现吧！

    uint hash = 5381;
    for (int i = 0; i < value.Length; i++)
    {
        // The value of ((hash << 5) + hash) the same as
        // the value of hash * 33.
        hash = ((hash << 5) + hash) + value[i];
    }

针对哈希的攻击：

通过前面介绍.NET中GetHashCode()方法，现在我们对于其中的实现算法有了初步的了解，
由于哈希冲突的原理就是针对具体的哈希算法来构造数据，使得所有数据都发生碰撞。

这里我们使用了一个简单方法构造冲突数据——蛮力法。（效率低）

由于蛮力法效率低，所以我们采用更加高效的方法中途相遇攻击（meet-in-the-middle attack）或等效子串（equivalent substrings）来构造冲突数据。

等效子串：

当两个字符串的哈希值发生冲突，例如：hash(“string1”)=hash(“string2”)，那么由这两个子串在同一位置上构成的字符串也发生哈希冲突，
 
假设“EZ”和“FY”在哈希函数中发生冲突，那么字符串“EzEz”，“EzFY”，“FYEz”，“FYFY”两两之间也发生冲突。
 
示例：
http://koto.github.io/blog-kotowicz-net-examples/hashcollision/kill.html

中途相遇攻击：

分成前后两节，先指定前面，和最终hash，然后构造后面的。
 
其实没怎么看懂。文中有。

总结：

发post请求时候，发出大量重复hash的post参数，来让对方的hash算法总是冲突，然后崩溃。
 
以上是我的理解。

关于hash碰撞为什么能够产生DoS攻击，可以结合下面这篇来看：

http://blog.jobbole.com/11516/

哈希表是一种查找效率极高的数据结构，很多语言都在内部实现了哈希表。PHP中的哈希表是一种极为重要的数据结构，不但用于表示Array数据类型，
还在Zend虚拟机内部用于存储上下文环境信息（执行上下文的变量及函数均使用哈希表结构存储）。
 
PHP哈希表最小容量是8（2^3），最大容量是0×80000000（2^31），并向2的整数次幂圆整（即长度会自动扩展为2的整数次幂，如13个元素的哈希表长度为16；
100个元素的哈希表长度为128）。nTableMask被初始化为哈希表长度（圆整后）减1。
 
HashTable中的nTableMask是一个掩码，一般被设为nTableSize – 1，与哈希算法有密切关系，后面讨论哈希算法时会详述。

Zend HashTable的哈希算法异常简单：hashKey = key & nTableMask; 如果key是字符串，就先用time33算法，变成整型，然后处理。（time33算法前面也介绍了）

基本攻击

上文提到Zend HashTable的长度nTableSize会被圆整为2的整数次幂，假设我们构造一个2^16的哈希表，
则nTableSize的二进制表示为：1 0000 0000 0000 0000，而nTableMask = nTableSize – 1为：0 1111 1111 1111 1111。
接下来，可以以0为初始值，以2^16为步长，制造足够多的数据，可以得到如下推测：
 
0000 0000 0000 0000 0000 & 0 1111 1111 1111 1111 = 0
 
0001 0000 0000 0000 0000 & 0 1111 1111 1111 1111 = 0
 
0010 0000 0000 0000 0000 & 0 1111 1111 1111 1111 = 0
 
0011 0000 0000 0000 0000 & 0 1111 1111 1111 1111 = 0
 
0100 0000 0000 0000 0000 & 0 1111 1111 1111 1111 = 0
概况来说只要保证后16位均为0，则与掩码位于后得到的哈希值全部碰撞在位置0。

攻击代码示例：

<?php
 
$size = pow(2, 16);
 
$startTime = microtime(true);
 
$array = array();
for ($key = 0, $maxKey = ($size - 1) * $size; $key <= $maxKey; $key += $size) {
    $array[$key] = 0;
}
 
$endTime = microtime(true);
 
echo $endTime - $startTime, ' seconds', "\n";

作者说用了近88秒才完成，并且在此期间CPU资源几乎被用尽。

而正常的hash插入，如下，仅仅需要0.036秒。

<?php
 
$size = pow(2, 16);
 
$startTime = microtime(true);
 
$array = array();
for ($key = 0, $maxKey = ($size - 1) * $size; $key <= $size; $key += 1) {
    $array[$key] = 0;
}
 
$endTime = microtime(true);
 
echo $endTime - $startTime, ' seconds', "\n";

POST攻击

一般情况下很难遇到攻击者可以直接修改PHP代码的情况，但是攻击者仍可以通过一些方法间接构造哈希表来进行攻击。例如PHP会将接收到的HTTP POST请求中的数据构造为$_POST，而这是一个Array，内部就是通过Zend HashTable表示，因此攻击者只要构造一个含有大量碰撞key的post请求，就可以达到攻击的目的。具体做法不再演示。

防御方法

目前PHP的防护措施是控制POST数据的数量。在>=PHP5.3.9的版本中增加了一个配置项max_input_vars，用于标识一次http请求最大接收的参数个数，默认为1000。

另外的防护方法是在Web服务器层面进行处理，例如限制http请求body的大小和参数的数量等，这个是现在用的最多的临时处理方案。具体做法与不同Web服务器相关，不再详述。

上面的防护方法只是限制POST数据的数量，而不能彻底解决这个问题。例如，如果某个POST字段是一个json数据类型，会被PHPjson_decode，那么只要构造一个超大的json攻击数据照样可以达到攻击目的。

理论上，只要PHP代码中某处构造Array的数据依赖于外部输入，则都可能造成这个问题，因此彻底的解决方案要从Zend底层HashTable的实现动手。

一般来说有两种方式，一是限制每个桶链表的最长长度；二是使用其它数据结构如红黑树取代链表组织碰撞哈希（并不解决哈希碰撞，只是减轻攻击影响，
将N个数据的操作时间从O(N^2)降至O(NlogN)，代价是普通情况下接近O(1)的操作均变为O(logN)）。

目前使用最多的仍然是POST数据攻击，因此建议生产环境的PHP均进行升级或打补丁。至于从数据结构层面修复这个问题，目前还没有任何方面的消息。

其他各种语言针对此类哈希碰撞攻击有漏洞的情况：

除了Perl之外，这个漏洞使得包括Java, JRuby, PHP, Python在内的以下各种开发语言和许多常用软件都纷纷中招：
Java, 所有版本
JRuby <= 1.6.5 （目前fix在 1.6.5.1）
PHP <= 5.3.8, <= 5.4.0RC3 （目前fix在 5.3.9,  5.4.0RC4）
Python, all versions
Rubinius, all versions
Ruby <= 1.8.7-p356 （目前fix在 1.8.7-p357, 1.9.x）
Apache Geronimo, 所有版本
Apache Tomcat <= 5.5.34, <= 6.0.34, <= 7.0.22 （目前fix在 5.5.35,  6.0.35,  7.0.23）
Oracle Glassfish <= 3.1.1 （目前fix在mainline）
Jetty, 所有版本
Plone, 所有版本
Rack <= 1.3.5, <= 1.2.4, <= 1.1.2 （目前fix 在 1.4.0, 1.3.6, 1.2.5, 1.1.3）
V8 JavaScript Engine, 所有版本
ASP.NET 没有打MS11-100补丁

Java相关

这些语言使用的Hash算法都是“非随机的”，比如Java和Oracle使用的Hash函数：

static int hash(inth)

{

h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

}

所谓“非随机的” Hash算法，就可以猜。比如：

1）在Java里， Aa和BB这两个字符串的hash code(或hash key) 是一样的，也就是Collision 。
2）于是，可以通过这两个种子生成更多的拥有同一个hash key的字符串。如：”AaAa”, “AaBB”, “BBAa”, “BBBB”。这是第一次迭代。
其实就是一个排列组合，写个程序就搞定了。
3）然后，可以用这4个长度的字符串，构造8个长度的字符串。
 
在攻击时，只需要把这些数据做成一个HTTP POST 表单，然后写一个无限循环的程序，不停地提交这个表单。用浏览器就可以实现。
当然，如果做得更精妙一点的话，把这个表单做成一个跨站脚本，然后找一些网站的跨站漏洞，放上去，于是能过SNS的力量就可以找到N多个用户从不同的IP来攻击某服务器。

要防守这样的攻击，有下面几招：

打补丁，把hash算法改了。

限制POST的参数个数，限制POST的请求长度。

最好还有防火墙检测异常的请求。

Nodejs也有类似问题：

使用 connect.limit 限制 request-body-size，直接上 connect.limit 模块解决。

防范 http header 攻击

请求的 http header 也会导致hash冲突，在V8层面未修复hash算法之前，可以通过简单的 http_patch.js 修复此问题:

if (this.__headerCount__ >= 100) {
    return;
}

也有业内人士说：

目前暂无完美的解决方法。