Golang TLS双向身份认证DoS漏洞分析

一、前言

如果程序源代码使用Go语言编写,并且用到了单向或者双向TLS认证,那么就容易受到CPU拒绝服务(DoS)攻击。Go语言的crypto/x509标准库中的校验算法存在逻辑缺陷,攻击者可以精心构造输入数据,使校验算法在尝试验证客户端提供的TLS证书链时占用所有可用的CPU资源。

为了保护正常服务,大家应立即升级到G0 v1.10.6、v1.11.3或者更新版本。

二、研究背景

42Crunch的API Security平台后端采用的是微服务架构,而微服务使用Go语言编写。微服务之间通过相互通信,并且部署了REST API网关用于外部调用。为了确保安全性,我们遵循了“TLS everywhere”(处处部署TLS)原则,广泛采用了TLS双向认证机制。

Go的标准库原生支持SSL/TLS认证,也支持大量与连接处理、验证、身份认证等方面有关的x509和TLS原语。这种原生支持可以避免外部依赖,使用标准化的、经过精心维护和审核的TLS库也能降低安全风险。

因此42Crunch很有可能受此TLS漏洞影响,需要理解漏洞原理,保证42Crunch平台的安全性。

42Crunch安全团队针细致分析了该CVE,如下文所示。

三、问题描述

这个DoS问题最早由Netflixx发现,Golang在issue跟踪日志中提到:

包负责解析并验证X.509编码的密钥和证书,正常情况下会占用一定的资源来处理攻击者提供的证书链。

包并没有限制验证每个证书链时所分配的工作量,攻击者有可能构造恶意输入,导致CPU拒绝服务。Go TLS服务器在接受客户端证书或者TLS客户端在验证证书时会受此漏洞影响。

该漏洞具体位于crypto/x509 Certificate.Verify()函数的调用路径中,该函数负责证书认证及验证。

四、漏洞分析

背景知识

为了便于漏洞分析,我们举个简单的例子:TLS客户端连接至TLS服务器,服务器验证客户端证书。

TLS服务器在端口监听TLS客户端请求,验证客户端证书是否由证书颁发机构(CA)颁发:

在标准的TLS验证场景中,TLS客户端会连接到TLS服务器的端口,然后向服务器提供证书的“trust chain”(信任链),其中包括客户端证书、root CA证书以及中间所有CA证书。TLS服务器处理TLS握手,验证客户端证书,检查客户端是否可信(即客户端证书是否由服务器信任的CA签名)。通常TLS握手过程如下图所示:

分析Go语言的库,最终我们会进入函数代码段:

根据代码,服务器会处理收到的客户端证书,然后调用函数。如果需要验证客户端证书,服务器就会创建一个结构,其中包含如下信息:

root CA池,即已配置的一系列可信CA(由服务器控制),用来验证客户端证书

中间CA池,即服务端收到的一系列中间CA(由客户端控制)

已签名的客户端证书(由客户端控制)

其他字段(可选项)

为了澄清问题机理,我们需要理解服务端如何管理证书池,以便通过高效的方式来验证证书。证书池实际上就是一个证书列表,可以根据实际需求通过3种不同的方式来访问。一种访问方式如下图所示:池中证书可以通过索引数组(这里为)来访问,以,,字段作为哈希字段。

验证过程

服务端使用参数调用函数来处理客户端证书(即中的第一个证书)。

然后会根据客户端提供的证书链来处理待验证的客户端证书,但首先需要使用函数建立并检查整条验证链:

而函数会依次调用占用CPU资源的一些函数,递归处理这条链上的每个元素。

函数依赖于函数,而后者可以通过或者映射访问证书池,识别上级证书,,然后返回候选证书索引,以便后续根据客户端控制的证书池来验证该证书。

在正常情况下,程序会提取及,并且认为这些值为唯一值,只会返回一个待验证的证书:

函数会在客户端发给TLS服务器的整条证书链上执行如下操作:

在(服务端)root CA池上调用,查找待验证证书的签发机构(判断是否为root CA),然后根据(如果不为)或者原始的issuer值(如果为)检查所有找到的证书的签名

在(客户端提供的)中间CA池上调用,查找已验证证书的签发机构(判断是否为中间CA),然后根据(如果不为)或者原始的值(如果为)检查所有找到的证书的签名

获取上一级中间签名节点

在新发现的中间节点上调用,然后重复前面描述的签名检查过程

DoS攻击

攻击者可以构造一种非预期场景,其中所有的中间CA证书使用的都是同一个名称,并且值为,这样当调用和函数时,就会造成CPU DoS攻击效果。函数会返回与该名称匹配的所有证书(这里返回的是整个证书池),然后检查所有证书的签名。检查完毕后,会再次递归调用函数处理找到的上一级证书,最后处理到root CA为止。每一次检查过程实际上都会处理整个中间CA池,因此单单一个TLS连接就会耗尽所有可用的CPU资源。

五、漏洞影响

攻击者可以精心构造一条证书链,使客户端证书校验过程耗尽服务端所有CPU资源,降低目标主机响应速度。只需要1个连接就能导致这种攻击效果。根据Go的调度程序规则,只有两个CPU核心会受到影响,CPU使用率达到100%,攻击者可以创建新连接,强制调度程序分配更多资源来校验签名,最终导致目标服务或目标主机无响应。

六、缓解措施

Go语言社区已经通过如下措施修复该问题:

在证书池查找过程中移除签名检测逻辑

限制签名检测次数,最多检测100个中间CA(实际信任链中很难看到这种情况)

如果向修复该漏洞,请立即升级到G0 v1.10.6、v1.11.3或者更新版本。

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Golang语言社区

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