安全簡報：正則表達式拒絕服務攻擊與防禦

前言

隨著記憶體保護機制成熟，攻擊者轉向 DoS 勒索。正則表達式 DoS (ReDoS) 成為新威脅：編寫不當的 Regex 可能因惡意輸入導致指數級回溯，癱瘓服務。本文解析成因並提供模糊測試工具程式碼。

回溯：問題根源

• .NET 使用 NFA (非確定性有限自動機) 引擎，支援回溯與捕獲群組。
• NFA 對每個字元可能計算多次，肯定匹配快，否定匹配需窮盡所有路徑。

線性與指數級回溯對比

安全範例：^\d+$ 匹配 123456X，僅回溯 6 次（線性）。

危險範例：^(\d+)$ 加上捕獲群組，同樣輸入導致回溯路徑爆炸，處理時間隨字元數呈指數增長。

攻擊向量

• 巢狀量詞：(a+)+、(a*)*
• 重疊選項：(a|a?)+
• 長輸入配合惡意模式，可使 CPU 佔用 100% 持續數小時。

防禦策略

1. 避免巢狀量詞與捕獲群組，改用非捕獲群組 (?:...)。
2. 使用具備超時機制的 Regex：.NET 4.5+ 支援 Regex.Match(input, pattern, RegexOptions.None, TimeSpan.FromSeconds(1))。
3. 靜態分析與模糊測試：部署前掃描專案中所有 Regex，生成隨機輸入測試執行時間。

模糊測試程式碼片段

public static void FuzzRegex(string pattern, int iterations = 10000)
{
    var regex = new Regex(pattern);
    var random = new Random();
    for (int i = 0; i < iterations; i++)
    {
        var input = GenerateRandomString(random, 100);
        var sw = Stopwatch.StartNew();
        regex.IsMatch(input);
        sw.Stop();
        if (sw.ElapsedMilliseconds > 100)
            Console.WriteLine($"Slow: {sw.ElapsedMs}ms | Input: {input}");
    }
}

總結

ReDoS 雖不竊取資料，卻能癱瘓服務。開發者應將 Regex 視為潛在攻擊面，納入安全開發週期 (SDL) 進行靜態掃描與執行期超時防護。