Key-value stores typically leave access control to the systems for which they act as storage engines. Unfortunately, attackers may circumvent such read access controls via timing attacks on the key-value store, which use differences in query response times to glean information about stored data. To date, key-value store timing attacks have aimed to disclose stored values and have exploited external mechanisms that can be disabled for protection. In this paper, we point out that key disclosure is also a security threat -- and demonstrate key disclosure timing attacks that exploit mechanisms of the key-value store itself. We target LSM-tree based key-value stores utilizing range filters, which have been recently proposed to optimize LSM-tree range queries. We analyze the impact of the range filters SuRF and prefix Bloom filter on LSM-trees through a security lens, and show that they enable a key disclosure timing attack, which we call prefix siphoning. Prefix siphoning successfully leverages benign queries for non-present keys to identify prefixes of actual keys -- and in some cases, full keys -- in scenarios where brute force searching for keys (via exhaustive enumeration or random guesses) is infeasible.


翻译:键值存储通常将其访问控制委托给作为存储引擎的系统。不幸的是,攻击者可能通过针对键值存储的时间攻击绕过此类读访问控制——利用查询响应时间的差异来获取存储数据的信息。迄今为止,键值存储的时间攻击主要旨在泄露存储的值,并利用可被禁用以提供保护的外部机制。本文指出,键泄露同样构成安全威胁——并展示了利用键值存储自身机制的键泄露时间攻击。我们针对采用范围滤波器的基于LSM树的键值存储,这些范围滤波器是近期提出的旨在优化LSM树范围查询的技术。我们通过安全视角分析了范围滤波器SuRF和前缀布隆过滤器对LSM树的影响,并表明它们能够实现一种我们称之为前缀虹吸的键泄露时间攻击。在通过暴力搜索(穷举枚举或随机猜测)寻找键不可行的场景中,前缀虹吸成功利用针对不存在的键的良性查询来识别实际键的前缀——在某些情况下甚至识别出完整的键。

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