同步密码载荷时，如何应对时钟偏差

一个好的密码管理器应当能够安全地存储、同步你的用户名和密码，甚至在登录网站和应用时自动填写。这样的密码管理器，例如……Dropbox Passwords！

2020年夏季发布Dropbox Passwords时，我们必须确保用户的登录信息在他们使用的任何设备上都随时可用，而且保持最新。幸运的是，Dropbox在这方面已有经验，我们能够利用现有的同步基础设施，将用户加密后的密码信息——称为载荷（payload）——从一台设备复制到另一台。不过，在实现这个关键组件时，我们遇到了意料之外的同步问题：有时，过时的登录条目会覆盖更新、更近的修改。

最终，我们找到了建立在Dropbox既有同步工作之上的解决方案。但这个过程也让我们思考了时间本身的性质。

Dropbox Passwords使用零知识加密。这意味着，用户密码的私有加密密钥只存储在用户的本地设备上，服务器无法解密这些密码。虽然这有利于安全，但也意味着同步与合并必须由客户端管理，无法像通常那样把服务器当作判断新旧的权威来源。

最初，同步算法使用双向合并。如果用户编辑了已有登录条目，从而修改客户端的本地载荷，客户端就执行以下步骤：

• 使用新的详细信息和当前时间更新本地载荷。
• 从服务器下载对应载荷。
• 比较本地登录条目与远程登录条目的时间戳。
• 选择较新的登录条目作为胜出版本。

下图展示了用户把密码从hunter1更新为hunter2时，可能发生的流程。

理论上，这种方式很不错：旧条目会被最新版本替换。但在实践中，我们发现部分条目的同步并不正确。一位工程师发现了一个现象：旧条目竟然会压过新条目。

经过深入调查，我们找到了原因：时钟偏差。

考虑这样一个场景。你是一位Dropbox Passwords用户，电脑和手机都同步到同一个账户。你在手机上修改某个登录条目的备注，记录那些难记的安全问题。几分钟后，你发现其中一个问题打错了，但手机在房间另一头，于是打开电脑修正错误。更新备注并保存后，奇怪的事情发生了：你震惊地发现，最初在手机上进行的修改覆盖了刚刚在笔记本电脑上做的新修改。这是怎么回事？

回想一下，每个条目的时间戳都是客户端设置的。我们一般假设电子设备能准确表示当前时间，但事实并非总是如此。设备时间可能与真实时间不同步。原因可能是CMOS电池没电、时区设置错误，甚至是恶意软件。

在上面的例子中，手机上的登录条目因为时钟偏差而胜过电脑上的条目。如果电脑时钟比真实时间慢——无论是十分钟、十秒，还是十年——更近的修改都有可能被标记为更旧。下图展示了时钟存在偏差时，一次失败同步的可能流程。

为了解决这个问题，我们借用了流行源码管理工具Git中的三方合并思想。当两个分支之间没有从一个分支线性合并到另一个分支的路径时，Git会使用三方合并。此时，两者具有共同祖先，但互相都不是对方的祖先。三方合并使用共同祖先和两个分支的末端版本，生成合并提交。

实际上，Dropbox桌面客户端在设备间同步文件时，早已采用了相同思想。虽然桌面客户端的冲突处理版本更先进，但基本原则一致。我们意识到，三方合并或许也能帮助这里的同步。

在我们的场景中，双向合并的主要问题是：服务器无法作为权威来源，因此没有修订历史可以记录哪个版本更早。于是，我们总要依赖时间戳判断哪个更新较新。为解决这一问题，我们引入了第三份载荷副本，称为base。现在……

• local载荷表示用户在客户端看到的内容。
• remote载荷表示Dropbox服务器中存储的内容。
• base载荷表示该客户端最近一次已同步的载荷。

现在不再简单比较local与remote的时间，而是生成local与base的差异，以及remote与base的差异。如果base和与之比较的载荷不同，我们就知道最近的修改必然来自非base载荷，因为base无法被直接编辑。

获得本地和远程差异列表后，我们就可以尝试整合修改，使三份载荷重新一致。比较差异时有两种可能结果：

• 条目只出现在其中一个差异列表中。这意味着两组差异没有冲突，双方修改都可以安全应用。
• 条目同时出现在两组差异中。这类修改被视为冲突，因为本地和远程载荷都更新了同一条目。此时，使用时间戳解决冲突：时间戳较新的修改胜出。

细心的读者会指出，这种合并过程仍受时钟偏差影响。但在正常使用中，这种情况很少发生：用户不仅需要两台时钟不同步的设备，还必须同时在这两台设备上编辑同一条目。

三方合并投入使用后，明显可以看出新增的base载荷解决了合并问题。在典型时钟偏差场景中，合并期间通常不会有冲突，因此不再需要比较时间戳。

正式可用一年后，三方合并已证明比此前的方案稳健得多。2021年陆续增加密码共享和支付卡条目等新功能时，我们尤其庆幸有这份额外稳定性。对于尝试修改共享条目的用户，双向合并问题可能会更加令人沮丧，因此我们很高兴先加固了基础，再在其上构建功能。

既然可以亲自体验，何必只读文章？安装Dropbox Passwords，让你的设备也体验一下三方合并。（此为原文发布时的产品邀请，当前可用性另行核验。）

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