पायथन यादृच्छिक संख्या सुरक्षा

यह लेख छद्म यादृच्छिक संख्या जनरेटर (PRNGs) की कमजोरियों पर प्रकाशनों की एक श्रृंखला में दूसरा है।

हाल ही में, कई प्रकाशनों ने प्रकट किया है कि विभिन्न प्रोग्रामिंग भाषाओं में बहुत मूल बातें ([1]) से कमजोरियों तक पीआरएनजी की कमजोरियों का वर्णन है और उनके आधार पर सीएमएस और अन्य सॉफ्टवेयर ([२], [३], [४] )।

ये प्रकाशन लोकप्रिय हैं क्योंकि PRNG वेब एप्लिकेशन सुरक्षा के कई पहलुओं की नींव है। वेब अनुप्रयोगों को सुरक्षित करने के लिए छद्म आयामी संख्या / वर्ण क्रम का उपयोग किया जाता है:

• विभिन्न टोकन की पीढ़ी (सीएसआरएफ, पासवर्ड रीसेट टोकन, आदि);
• यादृच्छिक पासवर्ड पीढ़ी;
• कैप्चा में पाठ पीढ़ी;
• सत्र पहचानकर्ता उत्पन्न करना।

एक पिछले लेख में , जॉर्ज अरगिरोस और एगेलोस कियियस ([3]) के शोध के आधार पर, हमने PHPSESSID के आधार पर PHP में यादृच्छिक संख्याओं की भविष्यवाणी करना और विभिन्न तरीकों से छद्म संख्याओं के एन्ट्रापी को कम करना सीखा।

अब हम पायथन में विकसित वेब अनुप्रयोगों में PRNG को देखेंगे।

पायथन PRNG सुविधाएँ

पायथन में तीन मॉड्यूल हैं जो यादृच्छिक / छद्म यादृच्छिक संख्या उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं: यादृच्छिक , यूरेनियम और _random :

• _random सी भाषा में मामूली संशोधनों के साथ Mersenne ट्विस्टर (MT) एल्गोरिथ्म ( [6], [7] ) को लागू करता है;
• उरोजेन सी भाषा में एन्ट्रापी के बाहरी स्रोतों (क्रिप्टग्रेनरेन्ज फ़ंक्शन में विंडोज क्रिप्टोग्राफिक प्रदाता) का उपयोग करता है;
• यादृच्छिक पायथन में _random मॉड्यूल के लिए एक आवरण है जो दोनों पुस्तकालयों को जोड़ता है और दो प्रमुख कार्यों के लिए छद्म आयामी संख्या उत्पन्न करता है: यादृच्छिक () और SystemRandom ()।

रैंडम ()

पहला एमटी एल्गोरिथ्म ( _random मॉड्यूल) का उपयोग करता है, लेकिन सबसे पहले यह इसे यूरेनियम से ली गई SEED का उपयोग करके आरंभ करने की कोशिश करता है, जो PRNG को RNG (यादृच्छिक संख्या जनरेटर) में बदल देता है। यदि आप यूरेनियम को कॉल नहीं कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, / dev / urandom गायब है या आप advapi32.dll लाइब्रेरी से वांछित फ़ंक्शन को कॉल नहीं कर सकते हैं), तो int (time.time () * 256) SEED के रूप में उपयोग किया जाता है (जो, जैसा कि आप जानते हैं, प्रदान करता है) अपर्याप्त एन्ट्रापी)।

SYSTEMRANDOM ()

SystemRandom () उरुग्वे मॉड्यूल को कॉल करता है, जो यादृच्छिक डेटा उत्पन्न करने के लिए बाहरी स्रोतों का उपयोग करता है।

MT एल्गोरिथ्म के कार्यान्वयन में परिवर्तन यह है कि PRNG राज्य की वर्तमान स्थिति से 624 संख्याओं में से एक पर आधारित एक ही संख्या के बजाय, दो संख्याओं का उपयोग किया जाता है:

random_random() { unsigned long a=genrand_int32(self)>>5, b=genrand_int32(self)>>6; return PyFloat_FromDouble((a*67108864.0+b)*(1.0/9007199254740992.0)); } 

इसके अलावा, PHP के विपरीत, जनरेटर को न केवल एक लंबे चर का उपयोग करके आरंभ किया जा सकता है, बल्कि बाइट्स के किसी भी अनुक्रम ( init_by_array () कहा जाता है ) का उपयोग करके किया जाता है, जो तब होता है जब एंट्रोपी के बाहरी स्रोत का उपयोग करके यादृच्छिक मॉड्यूल का आयात किया जाता है (32 बाइट्स लिया जाता है) यूरेनियम से ), और इस मामले में जब यह विफल होता है, समय () का उपयोग किया जाता है :

 if a is None: try: a = int.from_bytes(_urandom(32), 'big') except NotImplementedError: import time a = int(time.time() * 256) 

सुरक्षा

ऐसा लगता है कि ये बदलाव, PHP के विपरीत, random.random () कॉल करते समय भी पर्याप्त जनरेटर एन्ट्रापी प्रदान करते हैं। लेकिन सब कुछ इतना "बुरा" नहीं है।

पायथन फ्रेमवर्क की एक विशेषता यह है कि PHP के विपरीत, पायथन वेब सर्वर के साथ एक बार चलता है, जिसका अर्थ है कि डिफ़ॉल्ट राज्य का आरंभीकरण एक बार तब होता है जब आयात यादृच्छिक कमांड निष्पादित होता है या जब random.seed () मजबूर होता है (यह अत्यंत है वेब अनुप्रयोगों के लिए एक दुर्लभ मामला), जो निम्नलिखित एल्गोरिथ्म का उपयोग करके एमटी राज्यों पर हमले की अनुमति देता है:

• हमें एक स्क्रिप्ट मिलती है जो कि random.random () का उदाहरण देती है (उदाहरण के लिए, इसमें Plone यह त्रुटि लकड़हारा (फ़ाइल SiteErrorLog.py ) द्वारा की जाती है, यह पृष्ठ पर " नंबर के साथ एक त्रुटि *** फिक्स्ड " प्रदर्शित करता है, जहां एक यादृच्छिक संख्या प्रदर्शित होती है);
• क्रमिक रूप से प्रश्नों की एक श्रृंखला निष्पादित करें, जहां हम यादृच्छिक संख्याओं को ठीक करते हैं। अनुरोध संख्या: 1,2,199,200,511,625 ;
• 313 वें अनुरोध के अनुसार, हम एक पूर्वानुमेय कार्रवाई करते हैं (उदाहरण के लिए, पासवर्ड रीसेट लिंक उत्पन्न करना);
• 1,199 प्रश्नों के आधार पर , हम राज्यों को निर्धारित करते हैं राज्य 1 [1], राज्य_1 [2], राज्य_1 [397] ;
• 2,200 प्रश्नों पर आधारित - State_1 [3], state_1 [398] ;
• अनुरोध के आधार पर 511 - state_2 [397] ;
• अनुरोध पर आधारित 625 - राज्य_3 [1] ।

राज्यों के निर्धारण की सटीकता राज्य तत्व ( i ) के सूचकांक पर निर्भर करती है: i mod 2 = 0 के लिए, एंट्रॉपी 2 ^ 6 है , i mod 2 = 1 - 2 ^ 5 के लिए ।

इसके अलावा, प्रश्नों की मदद से 1,2,199,200 राज्यों को निर्धारित करना संभव है राज्य 1 [1] , राज्य_1 [2] , राज्य_1 [3] , राज्य_1 [397] , राज्य_1 [398] , जिसके आधार पर राज्य state_2 [1] और राज्य_2 [2] उत्पन्न होते हैं। जिसमें से क्रम संख्या 313 की यादृच्छिक संख्या प्राप्त की जाती है। हालांकि, इस संख्या का एन्ट्रापी 2 ^ 24 (16M) है । 511 और 625 प्रश्नों का उपयोग करके एन्ट्रापी को कम किया जाता है। ये क्वेरीएँ state_2 [397] , state_3 [1] की गणना करने में मदद करती हैं। यह राज्य विकल्पों की संख्या को 2 ^ 8 तक कम कर देता है, अर्थात। क्वेरी नंबर 313 में उपयोग किए गए "यादृच्छिक" नंबर के कुल 256 वेरिएंट हैं।

एक हमले के लिए एक शर्त यह है कि कोई भी क्वेरी प्रक्रिया में नहीं जाता है, जिससे PRNG की स्थिति प्रभावित होती है (दूसरे शब्दों में, यह कि राज्य सूचकांक सही ढंग से निर्धारित किया जाएगा)। यह भी आवश्यक है कि अनुरोध नंबर 1 PRNG के राज्य तत्वों का उपयोग 224 से अधिक नहीं सूचकांकों के साथ करें, अन्यथा अनुरोध नंबर 200 जनरेटर के एक अलग राज्य का उपयोग करेगा, जो एल्गोरिथ्म के निष्पादन की अनुमति नहीं देगा। इस घटना की संभावना 36% है ।

इसलिए, अनुरोध संख्या 625 का अतिरिक्त कार्य यह निर्धारित करना है कि पिछले सभी अनुरोध वास्तव में आवश्यक राज्यों में किए गए थे और कोई भी अनुरोध प्रक्रिया में नहीं मिला।

इसके अलावा, हम आपके ध्यान में एक स्क्रिप्ट लाते हैं जो 6 अनुरोधों की यादृच्छिक संख्या प्राप्त करती है। आउटपुट पर, अनुरोध संख्या 313 के सभी संभावित यादृच्छिक नंबर उत्पन्न होते हैं।

व्यावहारिक अनुप्रयोग

हमने कई पायथन फ्रेमवर्क और वेब एप्लिकेशन (उनके बीच प्लोन और Django) का विश्लेषण किया है। दुर्भाग्य से, (और शायद सौभाग्य से) उनके बीच असुरक्षित होना संभव नहीं था।

सबसे संभावित उम्मीदवार प्लॉन है, क्योंकि इसमें एक यादृच्छिक संख्या आउटपुट ( SiteErrorLog.py ) है, लेकिन इस पर हमला करने की समस्या इस प्रकार है। प्लॉन पायथन 2.7 के तहत काम करता है । * , जो, जब फ्लोट आउटपुट के लिए str () है, पिछले 5 अंकों को काटता है, जो iterated विकल्पों की संख्या (दोनों स्थानीय गणना के लिए और सर्वर के लिए बाहरी अनुरोधों के लिए) को बहुत बड़ी संख्या में विस्तारित करता है।

तीसरी शाखा का पायथन सेंट () आर फ़ंक्शन में फ्लोट को नहीं काटता है, जो इस पर हमलों के लिए मुख्य दावेदार बनाता है।

हम आपके ध्यान में एक स्क्रिप्ट लाते हैं जो इनपुट पर 6 यादृच्छिक संख्याएं प्राप्त करता है (उदाहरण के लिए, आवश्यक स्क्रिप्ट के साथ राज्य द्वारा शुरू की जाती है, उदाहरण के लिए, परीक्षण स्क्रिप्ट vuln.py), और आउटपुट पर यह चयनित यादृच्छिक संख्या के संभावित वेरिएंट उत्पन्न करता है। औसत कंप्यूटर पर इस परिदृश्य का रनिंग समय लगभग एक घंटे है।

नोट: यह परिदृश्य (i mod 2 = 1) के लिए राज्य तत्व का निर्धारण करने में संभावित त्रुटि को ध्यान में नहीं रखता है, इसलिए, दक्षता 36% से घटकर 18% हो जाती है।

निष्कर्ष

पायथन फ्रेमवर्क कोड (वेब ​​सर्वर साइड पर) के निष्पादन की ख़ासियत एक हमलावर को उन हमलों को अंजाम देने की अनुमति देती है जो PHP भाषा में लागू करना असंभव या बहुत मुश्किल है। PRNG की सुरक्षा के लिए, सरल नियमों का पालन किया जाना चाहिए:

• उपयोग किए जाने वाले मॉड्यूल या रैंडम.सिस्टमरैंडम () फ़ंक्शन का उपयोग करें;
• रैंडम.सेड () के साथ प्रत्येक कॉल करने से पहले random.random () के साथ पर्याप्त SEED एन्ट्रापी (यदि यूरेनियम का मॉड्यूल उपलब्ध नहीं है, तो उपयोग करें, उदाहरण के लिए, फ़ंक्शन का मान md5 (time.time () *) (int) salt1 + str (salt2) )) , जहां नमक 1 और नमक 2 वेब एप्लिकेशन की स्थापना के दौरान आरंभीकृत होते हैं );
• अपने वेब एप्लिकेशन में यादृच्छिक संख्याओं के उत्पादन को सीमित करें (बस md5 जैसे हैश फ़ंक्शन का उपयोग करें)।

संदर्भ

[१] http://habrahabr.ru/post/151187/
[२] http://jazzy.id.au/default/2010/09/20/cracking_random_number_generators_part_1.html
[३] http://crypto.di.uoa.gr/CRYPTO.SEC/Randomness_Attacks_files/paper.pdf
[४] http://www.slideshare.net/d0znpp/dcg7812-cryptographyinwebapps-14052863
[५] http://media.blackhat.com/bh-us-10/pretations/Kamkar/BlackHat-USA-2010-Kamkar-How-I-Met-Your-Girlfriend-slides/pdf
[६] http://en.wikipedia.org/wiki/Mersenne_twister
[[] Http://jazzy.id.au/default/2010/09/22/cracking_random_number_generators_part_3.html

लेखक: यूनुसोव तैमूर