信息安全学习4. 重放攻击的概念与防范

信息安全学习4. 重放攻击的概念与防范
- 一、定义
- 二、类型
- 三、防御方案
- - 1. 加随机数nonce
  - 2. 加时间戳timestamp
  - 3. 加流水号
  - 4. 挑战-应答机制
  - 5. 一次性口令机制
  - 6. SSL/TLS
  - 7. 联合方案
- 四、注册登陆过程加强安全
- - 1. 注册
  - 2. 登陆

一、定义

重放攻击(Replay Attacks)又称为重播攻击、回放攻击，一般是攻击者截获数据包后，无法解密数据，但可以把数据包和业务间的关系进行猜测，重新发送相同数据包，来达到欺骗系统的目的，主要用于身份认证过程、破坏认证的正确性。

重放攻击可以由发起者、或拦截方进行。拦截方进行的重放攻击又称为中间人攻击。

重放攻击基于网络嗅探。很多时候嗅探到的数据是加密过的，但攻击者虽然无法解密，但如果攻击者知道数据的意义，就可以发送这些数据来愚弄接收端。

在物联网场景中，攻击者可以利用这种攻击控制用户的设备。

二、类型

根据重放消息的接收方与消息的原定接收方的关系，重放攻击可分为3种：

直接重放，即重放原来的验证端，直接重放的发送方和接收方均不变
反向重放，将原本发给接收方的消息反向重放给发送方
第三方重放，将消息重放给域内的其它验证端。

三、防御方案

1. 加随机数nonce

nonce是仅一次有效的随机字符串，一般可以使用时间戳和客户端其它唯一性参数进行哈希运算。
优点：认证双方不需要时间同步，双方记住使用过的随机数，如果报文中有以前使用过的随机数，认为是重放攻击。
缺点：需要额外保存使用过的随机数，需要保存和查询开销，服务器端存放hash值的库会越来越大，要进行定期清理。定期清理后重放攻击也许会生效。

2. 加时间戳timestamp

优点：不需要额外保存信息
缺点：双方需要准确的时间同步，同步越好，受攻击的可能性越小。对于分布式的分布，同步精确的时间并不容易。

3. 加流水号

双方在报文中添加一个逐步递增的整数，只要接收到一个不连续的流水号报文（太大或太小），就认定有重放威胁。
优点：不需要时间同步，保存的信息量小
缺点：攻击者如果对报文解密成功，就可以获得流水号，从而伪造数据。

4. 挑战-应答机制

客户端请求服务器
服务器先成一个随机数，发给客户端，每次随机数都有变化
客户端带上这个随机数，访问服务器
服务器验证如果随机数相同，不是重放攻击

5. 一次性口令机制

6. SSL/TLS

对于web或socket通讯，加上SSL/TLS 可以有效防止基于中间人的重放攻击。

每个socket连接需要使用证书校验，新建的socket连接握手后是新的密钥
使用双向认证可以更好地提高安全性
SSL/TLS可以防止中间人的重放攻击，但攻击者占有设备时仍可以自己建立联接、不停发起某个请求，业务层面还是需要另外的防重放攻击机制。（比如一个转账请求，攻击者直接在自己手机上截获请求并重发，服务器应该在SSL/TLS外还进行业务层面的限制）。

7. 联合方案

实际应用中常将1、2组合使用，保存某个时间段内的所有随机数，而且时间戳的同步也不需要太精确。
验证流程（PHP代码示例）：

//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

四、注册登陆过程加强安全

1. 注册

用户提交的密码在客户端进行一次sha256运算
运算后的值，在服务器与随机生成的复杂盐值合并，再进行sha256
存入数据库

2. 登陆

进入登陆页面时，生成一个随机码，在客户端、服务端保存；
客户端登陆，将sha256之后的密码与随机码拼接，再次计算sha256，把这个数据和时间戳提交服务端：
提交的到服务器的数据=sha256(sha256(密码明文)+随机码))提交的到服务器的数据=sha256(sha256(密码明文)+随机码))提交的到服务器的数据=sha256(sha256(密码明文)+随机码))
服务端接收到请求，不仅较验运算后的密码，还要校验随机数、时间戳的有效性。