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    PHP数组的Hash冲突实例

    php admin 2607浏览 0评论

    上一篇文章, 我介绍了一个利用Hash冲突(碰撞)来对各种语言(包括,PHP, Java, Ruby等等)实施拒绝服务攻击的可能, 但是没有给出实例, 文章发出后, @Ferrari同学给出了一个另外一篇文章Supercolliding a PHP array, 文章中作者介绍了一种基于PHP的冲突实例, 以及带来的性能恶化对比. 我就借花献佛, 翻译给大家看看.

    你知道不知道, 插入65536个经过构造的键值的元素到PHP数组, 会需要耗时30秒以上? 而一般的这个过程仅仅需要0.1秒..

    请看如下的例子:

    <?php
$size = pow(2, 16);

$startTime = microtime(true);
$array = array();
for ($key = 0, $maxKey = ($size - 1) * $size; $key <= $maxKey; $key += $size) {
    $array[$key] = 0;
}
$endTime = microtime(true);
echo '插入 ', $size, ' 个恶意的元素需要 ', $endTime - $startTime, ' 秒', "n";

$startTime = microtime(true);
$array = array();
for ($key = 0, $maxKey = $size - 1; $key <= $maxKey; ++$key) {
    $array[$key] = 0;
}
$endTime = microtime(true);
echo '插入 ', $size, ' 个普通元素需要 ', $endTime - $startTime, ' 秒', "n";

    上面的例子, 在我的机器上的执行结果如下:

    插入 65536 个恶意的元素需要 43.1438360214 秒
插入 65536 个普通元素需要 0.0210378170013 秒

    这个差别是不是很夸张?!

    我在上一篇文章中介绍过, 经过特殊构造的键值, 使得PHP每一次插入都会造成Hash冲突, 从而使得PHP中array的底层Hash表退化成链表:

    Hash collision

    这样在每次插入的时候PHP都需要遍历一遍这个链表, 大家可以想象, 第一次插入, 需要遍历0个元素, 第二次是1个, 第三次是3个, 第65536个是65535个, 那么总共就需要65534*65535/2=2147385345次遍历….

    那么, 这个键值是怎么构造的呢?

    在PHP中,如果键值是数字, 那么Hash的时候就是数字本身, 一般的时候都是, index & tableMask. 而tableMask是用来保证数字索引不会超出数组可容纳的元素个数值, 也就是数组个数-1.

    PHP的Hashtable的大小都是2的指数, 比如如果你存入10个元素的数组, 那么数组实际大小是16, 如果存入20个, 则实际大小为32, 而63个话, 实际大小为64. 当你的存入的元素个数大于了数组目前的最多元素个数的时候, PHP会对这个数组进行扩容, 并且从新Hash.

    现在, 我们假设要存入64个元素(中间可能会经过扩容, 但是我们只需要知道, 最后的数组大小是64, 并且对应的tableMask为63:0111111), 那么如果第一次我们存入的元素的键值为0, 则hash后的值为0, 第二次我们存入64, hash(1000000 & 0111111)的值也为0, 第三次我们用128, 第四次用192… 就可以使得底层的PHP数组把所有的元素都Hash到0号bucket上, 从而使得Hash表退化成链表了.

    当然, 如果键值是字符串的话, 就稍微比较麻烦一些了, 但是PHP的Hash算法是开源的, 已知的, 所以有心人也可以做到…

    Comments

    • 2011/12/30, kim writes: 沙发！
      简单地说就是，通过构造一个 url ，或者一个 form ，参数的 key 就按这么 $key += $size 计算，那么就能拖慢所有使用存在此缺陷的 server ~，oh my god.
    • 2011/12/30, mahone writes: 灰常不错，受教了。。。
    • 2011/12/30, mahone writes: 刚测试了下，发现个问题，请教下
      在我本地虚拟机（32位ubuntu系统，512m内存，1核cpu，2.66GHz）上跑上面的程序：
      插入 65536 个恶意的元素需要 90.800883054733 秒
      插入 65536 个普通元素需要 0.026834011077881 秒
      服务器（64位系统，2g内存，4核1.60GHz）上跑：
      插入 65536 个恶意的元素需要 190.03647112846 秒
      插入 65536 个普通元素需要 0.027021884918213 秒这个差距是因为cpu频率的关系？php能利用多核的优势么？还是因为系统是32位或者64位的关系？
    • 2011/12/30, PHP5.2.*防止Hash冲突拒绝服务攻击的Patch | 风雪之隅 writes: […] PHP数组的Hash冲突实例 ), 这个攻击方法危害很高, 攻击成本也很小. […]
    • 2011/12/30, HJin_me writes: 鸟哥，你的半官方补丁能发布出来么～～对很多人来说，非稳定版本的不敢用啊。
    • 2011/12/30, dk writes: 控制一下GPC三个超全局变量的解析时间是否就解决了潜在的DDOS攻击呢？
    • 2011/12/30, 关于最近PHP的Array爆出的冲突问题 | 东海博客 writes: […] 详细内容：http://www.laruence.com/2011/12/30/2435.html […]
    • 2011/12/31, linvo writes: 请教鸟哥，有一点我还是不太明白，$size=pow(2, n)中n取值的缘由？
      我把代码做了一些修改后测试发现，当n取值为14~18的时候，效果最好。大于或小于的话，速度都会明显变快。
    • 2011/12/31, wow writes: [root@WangXJ php_test]# time php f.php
      插入 65536 个普通元素需要 0.053505897521973 secreal 0m0.086s
      user 0m0.080s
      sys 0m0.004s

      大神 我想请教下 为什么time 命令统计的时间real time会大于php自己统计的时间呢

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