关于SSL/TLS的Bar Mitzvah Attack漏洞的分析和修复

一、漏洞分析

1.1事件起因

2015年3月26日,国外数据安全公司Imperva的研究员ItsikMantin在BLACK HAT ASIA 2015发表论文《Attacking SSL when using RC4》阐述了利用存在了13年之久的RC4漏洞——不变性弱密钥(《Weakness in the Key Scheduling Algorithm of RC4》,FMS 发表于2001年)进行的攻击,并命名为“受戒礼”攻击(Bar Mitzvah Attack)。

直到2015年3月,还有约30%的网络通信是由RC4进行保护的。通过“受戒礼”攻击,攻击者可以在特定环境下只通过嗅探监听就可以还原采用RC4保护的加密信息中的纯文本,导致账户、密码、信用卡信息等重要敏感信息暴露,并且可以通过中间人(Man-in-the-middle)进行会话劫持。

1.2攻击方法和模式

攻击者嗅探监听大量的SSL链接,可以判断第一个加密消息包含SSL的完成消息和HTTP请求,都是具有可预测的信息的。然后等待一个不变性弱密钥的链接到来,当获取到一个弱密钥链接时候就可以提取出LBS。当弱密钥使用的时候,明文和密钥会进行异或,攻击者可以看到生成的密文模式。

攻击者同样也进行DNS投毒,将所有的链接链接到一个恶意的主机,主机进行中间人攻击,能够有效地进行大量用户的嗅探监听和会话劫持。

1.3漏洞原理和细节

根据《Attacking SSL when using RC4》中的阐述,漏洞的成因主要在于不变性弱密钥是RC4密钥中的一个L型的图形,它一旦存在于RC4的密钥中,在整个初始化的过程之中保持状态转换的完整性。这个完整的部分包括置换过程中的最低有效位,在由RPGA算法处理的时候,决定伪随机输出流的最低有效位。这些偏差的流字节和明文进行过异或,导致密文中会泄露重要明文信息。

状态转换(来自《Attacking SSL when using RC4》)
这种模式发生在LSBs,a single LSB, 2 LSBs 等的不同数字时候,导致不同种类的RC4弱密钥。

如果一个q-class(q 指代LSB的数字)的密钥被使用,那么会发生以下的问题:
RC4的初始化语句不能正确地配合状态和关键信息,并且保存K个最低有效位存储内部状态;
RC4初始状态具有固定的非混合q LSB;
第一个明文字节流的30-50字节的q个最低有效位遵守显著概率确定模式;
第一个明文字节流的30-50字节的q个最低有效位有显著概率暴露。
SSL在很多加密套件中使用RC4进行加密。在握手环节产生RC4密钥用来加密上行数据流和下行数据流。上行数据流中用来加密客户端– 服务器的数据流,下行数据流中用来加密服务器 – 客户端的数据流。加密是有状态的,使用第一个密钥流加密第一个字节的信息,之后的密钥流加密下一条消息(想CBC模式一样)。由于串加密毁灭了最低有效位的确定性,所以不变性弱密钥只能利用于被保护的第一个100字节。
SSL的握手结束消息是每个方向(上行和下行)的第一条加密消息,且结束消息固定使用了36个字节,所以还有64个字节留给攻击者使用。

二、 修补方式

2.1 对于NGINX的修补

修改nginx配置文件中的 ssl_ciphers项
ssl_ciphers”ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES256-SHA384:ECDHE-RSA-AES128-SHA256:ECDHE-RSA-AES256-SHA:ECDHE-RSA-AES128-SHA:DHE-RSA-AES256-SHA256:DHE-RSA-AES128-SHA256:DHE-RSA-AES256-SHA:DHE-RSA-AES128-SHA:ECDHE-RSA-DES-CBC3-SHA:EDH-RSA-DES-CBC3-SHA:AES256-GCM-SHA384:AES128-GCM-SHA256:AES256-SHA256:AES128-SHA256:AES256-SHA:AES128-SHA:DES-CBC3-SHA:HIGH:!aNULL:!eNULL:!EXPORT:!DES:!MD5:!PSK:!RC4″;
ssl_prefer_server_ciphers on;
重新加载:
$sudo /etc/init.d/nginx reload

2.2 对于apache的修复

打开配置文件
$ sudo vi /etc/httpd/conf.d/ssl.conf
修改配置
SSLCipherSuite
HIGH:MEDIUM:!aNULL:!MD5;!RC4
$ sudo /etc/init.d/httpd restart

2.3 对于TOMCAT的修复

server.xml 中SSL connector加入以下内容:
SSLEnabled=”true”sslEnabledProtocols=”TLSv1,TLSv1.1,TLSv1.2″ciphers=”TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256,TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA384,TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA,TLS_ECDHE_RSA_WITH_RC4_128_SHA,TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256,TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256,TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA,SSL_RSA_WITH_RC4_128_SHA”
tomcat例子:
<connector port=”443″maxhttpheadersize=”8192″ address=”127.0.0.1″enablelookups=”false” disableuploadtimeout=”true”acceptCount=”100″ scheme=”https” secure=”true”clientAuth=”false” SSLEnabled=”true”sslEnabledProtocols=”TLSv1,TLSv1.1,TLSv1.2″ ciphers=”TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256,TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA384,TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA,TLS_ECDHE_RSA_WITH_RC4_128_SHA,TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256,TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA,TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA256,TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA,SSL_RSA_WITH_RC4_128_SHA”keystoreFile=”mydomain.key”
keystorePass=”password”
truststoreFile=”mytruststore.truststore”truststorePass=”password”/>;

2.4 对于IIS修补

将下面的内容保存为fix.reg,并双击运行来修改注册表:
Windows Registry Editor Version 5.00
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\DES56/56]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\NULL]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\RC240/128]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\RC256/128]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\RC440/128]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\RC456/128]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Ciphers\RC464/128]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Protocols\PCT1.0\Server]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Protocols\SSL2.0\Server]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Protocols\SSL3.0\Server]”Enabled”=dword:00000000
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurityProviders\SCHANNEL\Protocols\SSL3.0\Client]”DisabledByDefault”=dword:00000001

三、 注意事项(十分重要)

安全漏洞修补是一项有技术挑战但必须要做的重要工作。在修补前一定做好技术测试、数据备份和回退方案,以保证安全修补工作的顺利进行。

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