HashMap出现Hash DOS攻击的问题

随着RESTful风格的接口普及，程序员默认都会使用json作为数据传递的方式。json格式的数据冗余少，兼容性高，从提出到现在已被广泛的使用，可以说成为了Web的一种标准。无论我们服务端使用什么语言，我们拿到json格式的数据之后都需要做jsonDecode(),将json串转换为json对象，而对象默认会存储于Hash Table，而Hash Table很容易被碰撞攻击。我只要将攻击数据放在json中，服务端程序在做jsonDecode()时必定中招，中招后CPU会立刻飙升至100%。16核的CPU，16个请求就能达到DoS的目的。

所有测试程序都在Mac Pro下进行，为了测试方便我只构造了65536条json键值对，真正发起攻击时可以构造数十万甚至百万千万的数据。

几个简单的Demo

攻击数据我已经转换为json格式

一. JavaScript测试

//只需要一行代码就能看到效果

var jsonSrc = '这里输入json数据'；

我们只需要在js中输入一行代码就能看到效果，普通数据和Hash攻击数据都是65536行键值对。我本地测试的效果如下：
通过Chrome自带的任务管理器可以看出CPU马上升到100%，将近1分钟才执行完成，而普通的数据几毫秒就能执行完成；

二. PHP测试

$json = file_get_contents("https://raw.githubusercontent.com/laynefyc/php_thread_demo/master/hashNomal.json");

$startTime = microtime(true);

$arr = json_decode($json,true);

$endTime = microtime(true);

echo "Nomal:".($endTime - $startTime)."\r\n";

$json = file_get_contents("https://raw.githubusercontent.com/laynefyc/php_thread_demo/master/hash.json");

$startTime = microtime(true);

$arr = json_decode($json,true);

$endTime = microtime(true);

echo "Attack:".($endTime - $startTime)."\r\n";

PHP中我们通过file_get_contents远程去拿数据，运行对比一下时间，相差10多秒,php-fpm单进程占用CPU 100%。

三. Java测试

public String index(){

    String jsonStr = "";

    try

    {

        FileReader fr = new FileReader("t.log");//需要读取的文件路径

        BufferedReader br = new BufferedReader(fr);

        jsonStr = br.readLine();

        br.close();

        fr.close();        //关闭文件流

    }catch(IOException e)

    {

        System.out.println("指定文件不存在");//处理异常

    }

    Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();

    map = JSONObject.fromObject(jsonStr);

    return "Hash Collision ~";

}

Java中我们通过读文件的方式做测试，Java的Hash算法与PHP和JavaScript有略微的差别，但是大同小异，我们同样构造了6万行简单的数据。Spring boot框架中浏览器发起一次访问，26秒之后才返回结果，期间CPU被打满。

四. 其他语言还在研究中……

HashTable是很通用的数据结构，数据结构与算法上专门有一节课来说它，所以Hash Collision是普遍存在的，各语言在实现上只是散列算法和Table存储上有细微差别。

为了验证Java的Hash碰撞攻击也生效，我整个端午假期都在看Java HashTable相关的文章，经过努力最后还是成功的生成了攻击数据。过程非常不简单，这也验证了一个思想--所有高个上的东西最后分解出来都是基础的数据结构知识。

如何攻击

几年前PHP的版本还是5.2，我们可以把所有的Hash Key都放在POST请求的Body中，比如：

https://www.test.com/create-account

Post Data: k1=0&k2=0&k3=0...k999998=0&k999999=0

服务端拿到数据后会将所有参数存储到Hash Table（$_POST）中，通过这种方式能很方便的实现攻击。但是现在这种方式行不通了，因为我们很容易就能在Nginx层和PHP层限制Http请求的参数个数和大小。PHP默认只允许1000个参数，这个量级对服务器完全没影响。

现在是2017年，json格式和RESTful风格的接口已经非常流行。带给我们便捷编码的同时，也给Hash Collision Dos提供了新的方式。现在很多RESTful风格的接口如下：

https://www.test.com/v1

Data: {"action":"create-account","data":""}

如上接口，我们直接把攻击的数据放入data参数中，服务端接收到数据后肯定会做jsonDecode(),很方便的就达到了攻击的目的。

如何防御

要想防御Hash Collision Dos攻击，行业内已经有很多成熟的方案了，不过都是建议换语言或者重写HashTable。这里只说当前json格式解析的问题。首先我们需要增加权限验证，最大可能的在jsonDecode()之前把非法用户拒绝。其次在jsonDecode()之前做数据大小与参数白名单验证。旧项目的改造与维护成本如果很高，建议自己重写jsonDecode()方法。

未完待续

写了这么多，其实最有乐趣的地方还是如何生成攻击数据。之后我会详细的写这部分。最后，Golang和Python能躲过Hash Collision Dos测试吗？敬请期待