Java HashMap 碰撞攻击

Question

我的目标是用几个字符串（大约 10000 或更多）来攻击 Java 的 HashMap，它们会产生相同的哈希值。我使用了link 上可用的脚本，将其翻译成 Python3（这样我就可以在我的终端上生成字符串）并在我的机器上运行以生成大约 177147 个字符串。当调用 String.hashCode() 方法时，所有这些字符串都会产生相同的哈希值。从link 可以看出，如果对 HashMap 进行随机读写，时间复杂度将是 O(N*N)。如果 N 很大，则需要更多时间（在这种情况下，N 大于 10000）。但令人惊讶的是，它运行时间不到 2 秒。我希望它需要超过 10 秒。以下是我正在使用的脚本。

# Python3 script to generate strings that produce
# same hash with Java's String.hashCode() method
def combs(n,arr,str,arr_rtn):
    if n==1:
        for j in range(3):
            arr_rtn[str + arr[j]] = 0
    else:
        for j in range(3):
            combs(n-1,arr,str+arr[j],arr_rtn)

arr_src = ['at','bU','c6']
str_tmp = ''
arr_rtn = dict()

t = combs(11,arr_src,str_tmp,arr_rtn)

keys = list(arr_rtn.keys())

print(len(keys))
print(*keys, sep = '\n')

// Java code to insert the generated
// strings into HashMap
import java.util.*;

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int n = sc.nextInt();
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            String s = sc.next();
            map.put(s, s.hashCode());
            // Should take more time since all strings 
            // hash to same value
        }
        System.out.println(map.size());
        sc.close();
    }
}

我唯一的目标是用产生相同哈希的字符串攻击 HashMap，这样它就需要 20 多秒（至少）来执行。

Answer 1

正如 Tim 所说，从 Java 8 开始，HashMap 将用平衡二叉树替换简单的链表哈希链。发生这种情况：

• 当链的长度超过硬连线阈值（Java 8 中为 8）时，并且
• 当数组超过另一个硬连线阈值（Java 8 中为 64）时。

如果键类实现了Comparable<?>（就像String 一样），那么compareTo 方法用于树排序。

这意味着HashMap<String> 与N 字符串键被设计为冲突的最坏情况将是O(logN) 而不是O(N)。

简而言之，针对HashMap 的碰撞攻击在Java 8 或更高版本中将无效。 （但您可以尝试在 Java 7 或更早版本上运行测试攻击。）

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如果您需要有关HashMap 的列表与树的工作原理的更多信息，源代码中会对其进行大量注释。找到与您感兴趣的版本相匹配的源代码……并阅读它。

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请注意，您作为信息来源引用的问题 (java HashMap collision) 是在 2013 年提出并回答的。Java 8 于 2014 年 3 月发布。

Answer 2

实际上，Java 的HashMap 通过将映射到同一个存储桶的多个值放在一个链表中来处理冲突。因此，在 Java HashMap 中搜索的最差情况下性能是 O(N)，其中 N 是映射中的元素数。

实际上，在 Java 的更新版本中，HashMap 通过将所有相同的桶元素放在树中来处理冲突。这意味着最坏情况下的搜索性能变为O(h)，其中h 是树的高度。