如何创建不能用于重复消息两次的数字签名

Question

我正在创建一个客户端-服务器应用程序，我想安全地将数据从服务器发送到客户端。

使用公钥/私钥算法是有意义的，在 PHP 中我们可以使用 openssl_sign 和 openssl_verify 函数来检查数据是否来自拥有私钥的人。

现在想象一下服务器发送到客户端的操作之一本质上是破坏性的。如果有人使用 HTTP 嗅探器捕获此命令（将被正确签名），我如何确保该命令仅在我们的服务器发送该命令时执行，而不是由黑客简单地复制相同的命令执行？

好吧，在写这篇文章时，我发现使用自动递增 id 来对每条发送的消息进行编号可能是解决该问题的一个简单方法。客户端只需检查传入的消息 ID 是否小于他们存储的当前 ID。

Answer 1

在消息中包含一个随机数（随机值，对于每条消息都是唯一的），并在客户端上跟踪使用的随机数。即，如果攻击者获取签名消息并稍后重新发送，则客户端已经使用了该随机数，因此客户端将不会第二次处理该消息。

Answer 2

如果有人使用 HTTP 嗅探器捕获此命令（该命令将被正确签名），我如何进一步保护通信以确保客户端只处理来自我们服务器的命令？

简而言之，您不能。如果有人可以嗅探网络流量，他们就能够获取您发送的任何内容。因此，除非您通过带外机制（例如电话）预先共享密钥，否则您无法可靠地做到这一点。如果您预先共享密钥，那么您需要执行以下操作：

服务器：

$message = 'foomessage';
$message .= ':' . hash_hmac('md5', $message, $sharedSecret);

客户端：

list ($message, $hmac) = explode(':', $message, 2);
if ($hmac != hash_hmac('md5', $message, $sharedSecret)) {
    die('invalid signature');
}

请注意，这 100% 依赖于共享密钥。如果其他人掌握了它，您所有签名的通信都将被篡改。

检测嗅探器式攻击的另一种可能方法是使用 syn-ack 方法。基本上，您在服务器和客户端上存储一个数字。每次请求时，您都会增加这两个数字。然后将该数字包含在 hmac 计算中。由于客户端和服务器相互通信，因此两个计数应始终同步。但如果它们关闭了，您就知道要么发生了某种通信故障，要么有人注入了错误计数的命令（被劫持）。因此，虽然它不能直接“阻止”重放攻击，但它会使重放攻击变得更加困难，因为攻击者需要跟踪服务器和客户端之间的每个 HTTP 请求。

但最重要的是，任何破坏网络以实施 MITM 攻击的人都能够绕过几乎任何你可以向他们发起的攻击……防范这种攻击的最佳方法是预先共享密钥-of-band 庄园（这样 HTTP 扫描器将无法检测到共享密钥）。然后只需使用该预共享密钥对任何消息进行 hmac 即可。

Answer 3

听起来您需要对 PHP 中的“一次性密码”进行解释？

一次性便笺本
一次性密码本是一长串随机字母。这些字母与明文消息组合以产生密文。为了破译这条信息，一个人必须拥有一份一次性便笺簿的副本来逆转这一过程。一次性垫只能使用一次（因此得名），然后销毁。这是第一个也是唯一一个被证明牢不可破的加密算法。

要加密消息，您需要获取明文消息中的第一个字母，并将其添加到一次性密码本中的第一个随机字母中。例如，假设您正在加密字母 S（字母表中的第 19 个字母），一次性密码本会为您提供 C（字母表中的第 3 个字母）。将两个字母相加并减 1。当您将 S 和 C 加起来并减 1 时，您将得到 21，即 U。在此方法中对每个字母进行加密，如果相加结果超出数字，则字母表将绕到开头26（Z）。

要破译消息，您需要获取密文的第一个字母并从一次性密码本中减去第一个随机字母。如果数字为负数，则绕到字母表的末尾。

Answer 4

对每条消息生成哈希值 (md5)，并向其中添加微时间时间戳。