探讨一下,数据库里账号的密码,怎样存放更加安全?

作者:小蒋不素小蒋

https://urlify.cn/RZ32q2

最早在大学的时候,只知道用 MD5 来存用户的账号的密码,但其实这非常不安全,而所用到的哈希函数,深入挖掘,也发现并不简单……

一、普通的 Hash 函数

哈希(散列)函数是什么就不赘述了。

1、不推荐

RC4, MD4, MD5, SHA-0, SHA-1, DES, 2DES 等

2、推荐

SHA-2(SHA-256, SHA-384, SHA-512)、SHA-3、Blake2 等

美国国家标准和技术协会(NIST)宣布,2010 年后开始逐步取消 SHA-1 作为安全哈希算法的资格,取而代之的是其更强大的变异算法:SHA-224、SHA-256、SHA-384 和 SHA-512。无论是否遵循 NIST 的标准,至少使用 SHA-256 算法加密密码总是好的。

二、应对普通哈希容易被破解的策略

就像攻与矛的互相增强,哈希函数哪怕用到 SHA-3 以上,都还是有被轻易破解的风险。于是我们有其他额外的办法来解决这个问题。

1、加盐(salt)

加盐就是对目标字段哈希前,拼接上另一个字段(salt)。

注:盐值加到字段之前较为普遍。

加盐对防彩虹表很有效。

注意点:

  • 盐不能太短
  • 盐不能重复使用(否则一破解,所有的都遭殃)
  • 盐随机变化(例如,虽用户名不重复,但用户名不能拿来当盐)
  • 盐的本质是将无差别攻击转化为针对性攻击。

1.1、【拓展】针对 salt 的另一种做法 —— HMAC

HMAC(Keyed-Hashing for Message Authentication)其实也是一种特殊的加盐,只是这个 salt 用更安全的密钥代替了。

具体介绍:

https://www.cnblogs.com/xjnotxj/p/11934756.html

2、慢哈希

高端的显卡(GPU)和定制的硬件可以每秒进行数十亿次哈希计算,因此这类攻击依然可以很高效。为了降低攻击者的效率,我们可以使用慢哈希,即迭代进行很多次哈希运算。

那么迭代多少次比较安全呢?来自 NIST 官方的建议:

  • 2000 年 9 月,建议迭代一千次
  • 2015 年 – 2018年,建议迭代一万次
  • 2017 年 6 月,建议迭代十万次

三、密码哈希函数(Password Hash)

密码哈希函数(Password Hash)可以用来应对普通哈希容易被破解的问题(也用到了上面所提到的两个策略)。

下面列举的顺序是按照时间顺序,安全程度和推荐指数也逐级递增。

1、PBKDF2

比较老,很少有人用了,略。

2、Bcrypt

这是我司目前用的。(不过有过时的隐患,建议换掉)

(1)介绍

bcrypt 是由 Niels Provos 和 DavidMazières 基于 Blowfish 密码设计的密码哈希函数,于 1999 年在 USENIX 上提出。

bcrypt 函数是 OpenBSD 和其他系统(包括某些 Linux 发行版,例如 SUSE Linux)的默认密码哈希算法。

(2)使用(Node.js)

安装:

npm i bcryptjs

bcryptjs 跟 C++ 的 bcrypt 兼容,但因为是纯 JavaScript 编写的,因此速度较慢(约 30%)。

用法:

//Sync 方法(Async 方法略):

const bcryptjs = require('bcryptjs');

// 1、生成 安全因子
const salt = bcrypt.genSaltSync(10);
// 2、执行 哈希函数
const password = bcryptjs.hashSync(plainPassword, bcryptjs.genSaltSync(salt));

// 另一种方法:快速执行
const SALT_FACTOR = 10;
const password = bcryptjs.hashSync(plainPassword, bcryptjs.genSaltSync(SALT_FACTOR));

// 3、比较是否相等
bcryptjs.compareSync(plainPassword, password);

注:代码里出现的安全因子,值的大小决定了哈希函数会有多慢。(即慢哈希)

3、Scrypt

没用过,略。

4、Argon2

(1)介绍

2013 年 NIST(美国国家标准与技术研究院)邀请了一些密码学家一起,举办了密码哈希竞赛 PHC(Password Hashing Competition)。Argon2 在 2015 年 7 月赢得了冠军。

大赛列出了参赛算法可能面临的攻击手段:

  • 哈希算法破解(原值还原、哈希碰撞等);
  • 查询表/彩虹表攻击;
  • CPU 优化攻击;
  • GPU、FPGA、ASIC 等专用硬件攻击;
  • 旁路攻击;

(2)使用(Node.js)

1、准备

You can skip this section if the prebuilt binaries work for you.

You MUST have a node-gyp global install before proceeding with install, along with GCC >= 5 / Clang >= 3.3. On Windows, you must compile under Visual Studio 2015 or newer.

node-argon2 works only and is tested against Node >=10.0.0.

--- 

OSX
To install GCC >= 5 on OSX, use homebrew:

$ brew install gcc
Once you've got GCC installed and ready to run, you then need to install node-gyp, you must do this globally:

$ npm install -g node-gyp
Finally, once node-gyp is installed and ready to go, you can install this library, specifying the GCC or Clang binary to use:

$ CXX=g++-6 npm install argon2
NOTE: If your GCC or Clang binary is named something different than g++-6, you'll need to specify that in the command.

2、安装

npm i argon2

3、使用

const argon2 = require('argon2');

(async () => {
    try {
        // const hash = await argon2.hash("password");
        // 更多选项(以下都是默认值)
        const hash = await argon2.hash("password", {
            type: argon2.argon2i,
            hashLength: 32, // 哈希函数输出的字节长度(请注意,生成的哈希是使用Base64编码的,因此长度将增加约1/3)
            timeCost : 3, // 时间成本是哈希函数使用的通过次数(迭代次数)
            memoryCost: 2 ** 16, // 默认 4096(单位 KB,即 4MB)
            parallelism :1, //用于计算哈希值的线程数量。每个线程都有一个具有memoryCost大小的内存池
        })
        console.log("hash", hash)
        const is = await argon2.verify(hash, "password")
        console.log("is", is) // true
    } catch (err) {
        console.error("err", err)
    }
})()

(3)参数

1、type:

  • argon2d 更快且对GPU攻击具有高度抵抗力,这对于加密货币很有用
  • argon2i 速度较慢且可以抵御权衡攻击,因此首选用于密码哈希和密钥派生
  • argon2id 是上述内容的混合组合,可以抵抗GPU和权衡攻击

因为我们是用于密码的 hash,用默认的 argon2i 即可。Java知音公众号内回复“面试题聚合”,送你一份面试题宝典!

2、(慢)哈希相关参数

① memoryCost 内存开销,它定义了内存的使用情况

好的起点是 0.75 *(RAM / number_of_users) 起步。

② parallelism 并行程度,它定义了线程的数量

最佳起点是内核数。

③ timeCost 时间开销,它定义了执行的时间

建议在系统上运行它,并确定与内存和处理器使用时间限制相匹配的最大参数。

如前所述,本质是在安全性和可用性之间取得平衡。

3、其他参数

  • salt:默认值是未设置,将生成加密安全的随机盐。
  • saltLength:默认16。
  • version:您不应更改此设置,因为最新版本更强大。

5、密码哈希是如何解决普通哈希容易被破解的问题

上面介绍了 二、应对普通哈希容易被破解的策略 ,我们可以看看密码哈希是如何运用并符合这些策略的。

(1)针对 salt

密码哈希使用 CSPRNG(Cryptographically Secure Pseudo-Random Number Generator)密码学安全伪随机数生成器生成盐。

CSPRNG 是加密安全(Cryptographically Secure)的,(加密安全的意思即)意味着用它产生的随机数更加随机,且不可预测。

普通的计算机随机数算法并不是很随机。

注:盐值本身就在存在于哈希后的字符串中(其实还可能包括版本、慢哈希迭代次数等),当调用跟明文比对的方法时,模块内部会提取出盐值进行验证。

(2)针对 慢哈希

Bcryoy 的安全因子和 Argon2的 timeCost 参数,都是针对慢哈希的配置。

6、结论

我司使用的 Bcrypt 其实在今年(2020年),已经不安全了,推荐至少使用 Scrypt,有条件上 Argon2。

四、常见问题

问1:我用我自己实现哈希算法,不用公开现成的,越古怪越好,坏人不就猜不到了吗?

答:不建议。

首先介绍下密码学上的柯克霍夫原则(Kerckhoffs’s principle,也称为柯克霍夫假说、公理、或定律),由奥古斯特·柯克霍夫在 19 世纪提出:即使密码系统的任何细节已为人悉知,只要密匙(key,又称密钥或秘钥)未泄漏,它也应是安全的。信息论的发明者克劳德·香农则改成说:“敌人了解系统”,这样的说法则称为香农箴言。

基于这个原则:

  • 你自己实现的再古怪,毕竟你不是密码专家,很难确保不被坏人破解(可能自己实现后看似复杂,实际更容易破解了)。
  • 如果自己包含哈希算法的代码泄露,它很脆弱,难保不会被坏人破解。

问2:既然现在都是 https,前端传给后端的明文密码,就懒得加哈希了,可以吗?

还是建议前端也进行哈希(虽然前端的哈希算法容易暴露)。不要漏掉任何一个环节。

五、实操

Dropbox 公司曾公开分享过自己对用户账号的密码加密的策略,使用了三层加密:

探讨一下,数据库里账号的密码,怎样存放更加安全?

1、password

即明文密码。

2、SHA512

在 bcrypt 前做 SHA512,是因为有些 bcrypt 实现会把散列值长度截至 72 字节,从而降低了密码的熵值,而有的则允许变长密码,这样容易受到 DoS 攻击。使用 SHA512 散列可以得到固定长度的 512 字节散列值,避免了上述的两个问题。

”而有的则允许变长密码,这样容易受到 DoS 攻击“,这句话我不是很理解,待写。

3、bcrypt

上面说过,不赘述了。

4、AES256

AES256 会用到密钥,俗称胡椒粉(pepper)。密钥需要被单独存储,最好存储在外部系统:如物理上隔离的服务端、甚至特殊的硬件设备(如 YubiHSM) 。

这里的 AES256 也可以用 HMAC 代替。不过前者安全性更好些。

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原文出处:微信公众号【小蒋不素小蒋 果汁简历】

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/krVET3Q3q24WPznlP74SDw

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