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關於 Node.js 的 Hash flooding 漏洞問題…

· 閱讀時間約 6 分鐘
Yang Guo ([@hashseed](https://twitter.com/hashseed))

今年七月初，Node.js 發佈了一個安全更新，針對所有當前維護的分支來解決 Hash flooding 漏洞問題。這項臨時修復以顯著降低啟動性能為代價。同時，V8 已實施了一項解決方案，可以避免性能下降。

本文旨在提供一些關於該漏洞的背景與歷史資訊，以及最終的解決方案。

Hash flooding 攻擊​

Hash 表是計算機科學中最重要的數據結構之一。它被廣泛應用於 V8，例如存儲物件的屬性。通常情況下，插入新項的效率非常高，為𝒪(1)。然而，Hash 碰撞可能導致最壞情況 𝒪(n)。這意味著插入 n 個項可能需要最多 𝒪(n²) 的時間。

在 Node.js 中，HTTP 標頭以 JavaScript 物件的形式表示。標頭名稱和值的對以物件屬性存儲。通過精心準備的 HTTP 請求，攻擊者可能發動拒絕服務攻擊。Node.js 進程會變得無響應，忙於處理最壞情況的 Hash 表插入。

這種攻擊早在 2011 年 12 月就已被披露，並顯示出影響了一系列編程語言。為何 V8 和 Node.js 過了這麼久才解決這個問題呢？

事實上，在漏洞披露後不久，V8 工程師很快與 Node.js 社區合作開發了一個緩解措施。從 Node.js v0.11.8 開始，該問題已經得到解決。這項修復引入了一種名為 Hash 種子值 的機制。Hash 種子在啟動時隨機選取，用以對特定 V8 實例中的每一個 Hash 值進行種子化。在不了解 Hash 種子的情況下，攻擊者很難命中最壞情況，更不用說針對所有 Node.js 實例發動攻擊。

這段修正的提交信息的一部分內容如下：

此版本僅解決對那些自己編譯 V8 或那些不使用快照的人的問題。基於快照的預編譯版 V8 仍將具有可預測的字符串 Hash 值。

此版本僅解決對那些自己編譯 V8 或那些不使用快照的人的問題。基於快照的預編譯版 V8 仍將具有可預測的字符串 Hash 值。

啟動快照​

啟動快照是 V8 中的一種機制，用以顯著加速引擎啟動以及創建新的上下文（即通過 Node.js 中的 vm 模塊）。與其從頭開始設置初始物件和內部數據結構，V8 將從現有的快照進行反序列化。一個基於最新快照構建的 V8 啟動時間少於 3ms，新上下文創建時間僅需幾分之一毫秒。不使用快照的情況下，啟動時間超過 200ms，而新上下文則超過 10ms。這是一個量級上的差異。

我們在上一篇文章中提到了任何 V8 嵌入者如何利用啟動快照。

預構建的快照包含 Hash 表和其他基於 Hash 值的數據結構。一旦從快照初始化後，Hash 種子值便無法改變，否則這些數據結構會遭到破壞。捆綁快照的 Node.js 發佈版有固定的 Hash 種子，導致緩解措施失效。

這就是提交信息中特別警告的原因。

幾乎修復，但仍有問題​

快進到 2015 年，一個 Node.js 的問題報告說創建新上下文的性能有所退化。不出所料，這是因為啟動快照作為緩解措施的一部分被禁用了。然而，當時參與討論的人並不都了解背後的原因。

正如這篇文章所解釋的，V8 使用一個偽隨機數生成器來生成 Math.random 的結果。每個 V8 上下文都擁有自己的隨機數生成器狀態，這樣可以防止 Math.random 的結果在不同的上下文中變得可預測。

隨機數生成器狀態在上下文初始化後立刻從外部來源設置種子。無論上下文是從零開始創建還是從快照反序列化創建，這都無關緊要。

隨機數生成器的狀態不知何故被與雜湊種子混淆。因此，從 io.js v2.0.2 開始，預構建的快照成為官方版本的一部分。

第二次嘗試​

直到 2017 年 5 月，在 V8、Google 的 Project Zero 以及 Google Cloud Platform 之間進行一些內部討論時，才意識到 Node.js 仍然易受到雜湊洪泛攻擊的影響。

初步響應來自我們的同事 Ali 和 Myles，他們隸屬於 Google Cloud Platform 的 Node.js 團隊。他們與 Node.js 社群合作，再次禁用啟動快照。這次，他們還添加了一個測試用例。

但我們並不希望僅僅停留在這裡。禁用啟動快照會對性能產生顯著的影響。多年來，我們在 V8 中添加了許多新的語言 功能 和複雜 優化。其中一些增加使得從零開始的啟動成本更高。在安全版本發布後，我們立即著手尋找長期解決方案，目標是能夠重新啟用啟動快照的同時不會受到雜湊洪泛攻擊的影響。

從提議的解決方案中，我們選擇並實現了最切合實際的一個。從快照反序列化後，我們會選擇一個新的雜湊種子。受影響的數據結構接著進行重新雜湊以確保一致性。

事實證明，在普通的啟動快照中，實際受影響的數據結構很少。令我們欣喜的是，在此期間，重新雜湊雜湊表 在 V8 中已變得非常容易。這增加的開銷微不足道。

重新啟用啟動快照的修補程序已被合併到 Node.js 中。它已成為最近的 Node.js v8.3.0 版本 的一部分。