1.声明
密码学是一个复杂的话题,我也不是这方面的专家。许多高校和研究机构在这方面都有长期的研究。在这篇文章里,我希望尽量使用简单易懂的方式向你展示一种安全存储Web程序密码的方法。
2.“Hash”是做什么的?
“Hash将一段数据转换成一段相对短小的数据,如字符串或整数。”
这是依靠单向hash函数来完成的。所谓单向是指很难将其反转回来。一个常见的hash函数的例子是md5(),它流行于各种计算机语言和系统。
复制代码 代码如下: $data = “Hello World”;
$hash = md5; echo $hash; // b10a8db164e0754105b7a99be72e3fe5
使用md5()运算出来的结果总是32个字符的字符串,不过它只包含16进制的字符,从技术上来说它也可以用128位的整形数来表示。你可以使用md5()来处理很长的字符串和数据,但是你始终得到的是一个固定长度的hash值,这也可能可以帮助你理解为什么这个函数是“单向”的。
3.使用Hash函数来存储密码 典型的用户注册过程:
用户填写注册表单,其中包含密码字段;
程序将所有用户填写的信息存储到数据库中;
然而密码在存储到数据库前通过hash函数加密处理;
原始的密码不再存储在任何地方,或者说它被丢弃了。 用户登录过程:
用户输入用户名和密码; 程序将密码通过以注册相同的hash函数进行加密;
程序从数据库查到用户,并读取hash后的密码;
程序比较用户名和密码,如果匹配则给用户授权。
如何选择合适的方法来加密密码,我们将在文章的后面讨论这个问题。
4.问题1:hash碰撞
hash碰撞是指对两个不同的内容进行hash得到了相同的hash值。发生hash碰撞的可能性取决于所用的hash算法。
如何产生?
举个例子,一些老式程序使用crc32()来hash密码,这种算法产生一个32位的整数作为hash结果,这意味着只有2^32
种可能的输出结果。 让我们来hash一个密码: 复制代码 代码如下: echo
crc32(‘supersecretpassword’); // outputs: 323322056
现在我们假设一个人窃取了数据库,得到了hash过的密码。他可能不能将323322056还原为‘supersecretpassword’,然而他可以找到另一个密码,也能被hash出同样的值。这只需要一个很简单的程序:
复制代码 代码如下: set_time_limit; $i =
0; while { if (crc32 == 323322056) { echo base64_encode; exit; } $i++;
}
这个程序可能需要运行一段时间,但是最终它能返回一个字符串。我们可以使用这个字符串来代替‘supersecretpassword’,并使用它成功的登录使用该密码的用户帐户。
比如在我的电脑上运行上面的程序几个月后,我得到了一个字符串:‘MTIxMjY5MTAwNg==’。我们来测试一下:
复制代码 代码如下: echo
crc32(‘supersecretpassword’); // outputs: 323322056 echo crc32; //
outputs: 323322056 如何解决?
现在一个稍强一点的家用PC机就可以一秒钟运行十亿次hash函数,所以我们需要一个能产生更大范围的结果的hash函数。比如md5()就更合适一些,它可以产生128位的hash值,也就是有340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456种可能的
输出。所以人们一般不可能做那么多次循环来找到hash碰撞。然而仍然有人找到方法来做这件事情,详细可以查看例子。
sha1()是一个更好的替代方案,因为它产生长达160位的hash值。
5.问题2:彩虹表 即使我们解决了碰撞问题,还是不够安全。
“彩虹表通过计算常用的词及它们的组合的hash值建立起来的表。”
这个表可能存储了几百万甚至十亿条数据。现在存储已经非常的便宜,所以可以建立非常大的彩虹表。
现在我们假设一个人窃取了数据库,得到了几百万个hash过的密码。窃取者可以很容易地一个一个地在彩虹表中查找这些hash值,并得到原始密码。虽然不是所有的hash值都能在彩虹表中找到,但是肯定会有能找到的。
如何解决? 我们可以尝试给密码加点干扰,比如下面的例子: 复制代码 代码如下: $password = “easypassword”;
// this may be found in a rainbow table // because the password contains
2 common words echo sha1; // 6c94d3b42518febd4ad747801d50a8972022f956 //
use bunch of random characters, and it can be longer than this $salt =
“f#@V)Hu^%Hgfds”; // this will NOT be found in any pre-built rainbow
table echo sha1; // cd56a16759623378628c0d9336af69b74d9d71a5
在这里我们所做的只是在每个密码前附加上一个干扰字符串后进行hash,只要附加的字符串足够复杂,hash后的值肯定是在预建的彩虹表中找不到的。不过现在还是不够安全。
6.问题3:还是彩虹表
注意,彩虹表可能在窃取到干拢字符串后重头开始建立。干扰字符串一样也可能被和数据库一起被窃取,然后他们可以利用这个干扰字符串从头开始创建彩虹表,如“easypassword”的hash值可能在普通的彩虹表中存在,但是在新建的彩虹表里,“f#@V)Hu^%Hgfdseasypassword”的hash值也会存在。
如何解决?
我们可以对每个用户使用唯一的干扰字符串。一个可用的方案就是使用用户在数据库中的id:
复制代码 代码如下: $hash = sha1;
这种方法的前提是用户的id是一个不变的值
我们也可以为每个用户随机生成一串唯一的干扰字符串,不过我们也需要将这个串存储起来:
复制代码 代码如下: // generates a 22
character long random string function unique_salt() { return substr; }
$unique_salt = unique_salt(); $hash = sha1($unique_salt . $password);
// and save the $unique_salt with the user record // …
这种方法就防止了我们受到彩虹表的危害,因为每一个密码都使用一个不同的字符串进行了干扰。攻击者需要创建和密码数量一样的彩虹表,这是很不切实际的。
7.问题4:hash速度
大部分hash算法在设计时就考虑了速度问题,因为它一般用来计算大数据或文件的hash值,以验证数据的正确性和完整性。
如何产生?
如前所述,现在一台强劲的PC机可以一秒运算数十亿次,很容易用暴力破解法去尝试每个密码。你可能会以为8个以上字符的密码就可以避免被暴力破解了,但是让我们来看看是否真是这样:
如果密码可以包含小写字母,大写字母和数字,那就有62个字符可选;
一个8位的密码有62^8种可能组合,这个数字略大于218万亿。
以一秒钟运算10亿次hash值的速度计算,这只需要60小时就可以解决。
对于一个6位的密码,也是很常用的密码,只需要1分钟就可以破解。要求9到10位的密码可能会比较安全了,不过这样有的用户可能会觉得很麻烦。
如何解决? 使用慢一点的hash函数。
“假设你使用一个在相同硬件条件下一秒钟只能运行100万次的算法来代替一秒10亿次的算法,那么攻击者可能需要要花1000倍的时间来做暴力破解,60小只将会变成7年!”
你可以自己实现这种方法: 复制代码
代码如下: function myhash($password, $unique_salt) { $salt =
“f#@V)Hu^%Hgfds”; $hash = sha1($unique_salt . $password); // make it
take 1000 times longer for ($i = 0; $i < 1000; $i++) { $hash = sha1;
} return $hash; } 你也可以使用一个支持“成本参数”的算法,比如
BLOWFISH。在php中可以用crypt()函数实现: 复制代码 代码如下: function myhash($password,
$unique_salt) { // the salt for blowfish should be 22 characters long
return crypt($password, ‘$2a$10.$unique_salt’); }
这个函数的第二个参数包含了由”$”符号分隔的几个值。第一个值是“$2a”,指明应该使用BLOWFISH算法。第二个参数“$10”在这里就是成本参数,这是以2为底的对数,指示计算循环迭代的次数,取值可以从04到31。
举个例子: 复制代码 代码如下: function
myhash($password, $unique_salt) { return crypt($password,
‘$2a$10.$unique_salt’); } function unique_salt() { return substr; }
$password = “verysecret”; echo myhash($password, unique_salt; //
result: $2a$10$dfda807d832b094184faeu1elwhtR2Xhtuvs3R9J1nfRGBCudCCzC
结果的hash值包含$2a算法,成本参数$10,以及一个我们使用的22位干扰字符串。剩下的就是计算出来的hash值,我们来运行一个测试程序:
复制代码 代码如下: // assume this was
pulled from the database $hash =
‘$2a$10$dfda807d832b094184faeu1elwhtR2Xhtuvs3R9J1nfRGBCudCCzC’; //
assume this is the password the user entered to log back in $password =
“verysecret”; if (check_password { echo “Access Granted!”; } else {
echo “Access Denied!”; } function check_password { // first 29
characters include algorithm, cost and salt // let’s call it $full_salt
$full_salt = substr; // run the hash function on $password $new_hash =
crypt($password, $full_salt); // returns true or false return ; }
运行它,我们会看到”Access Granted!” 8.整合起来
根据以上的几点讨论,我们写了一个工具类: 复制代码 代码如下: class PassHash { // blowfish
private static $algo = ‘$2a’; // cost parameter private static $cost =
‘$10’; // mainly for internal use public static function unique_salt()
{ return substr; } // this will be used to generate a hash public static
function hash { return crypt($password, self::$algo . self::$cost . ‘$’.
self::unique_salt; } // this will be used to compare a password against
a hash public static function check_password { $full_salt = substr;
$new_hash = crypt($password, $full_salt); return ; } }
以下是注册时的用法: 复制代码 代码如下:
// include the class require ; // read all form input from $_POST //
… // do your regular form validation stuff // … // hash the password
$pass_hash = PassHash::hash; // store all user info in the DB,
excluding $_POST[‘password’] // store $pass_hash instead // …
以下是登录时的用法: 复制代码 代码如下:
// include the class require ; // read all form input from $_POST //
… // fetch the user record based on $_POST[‘username’] or similar
// … // check the password the user tried to login with if
(PassHash::check_password($user[‘pass_hash’], $_POST[‘password’])
{ // grant access // … } else { // deny access // … }
9.加密是否可用
并不是所有系统都支持Blowfish加密算法,虽然它现在已经很普遍了,你可以用以下代码来检查你的系统是否支持:
复制代码 代码如下: if { echo “Yes”; }
else { echo “No”; }
不过对于php5.3,你就不必担心这点了,因为它内置了这个算法的实现。
结论
通过这种方法加密的密码对于绝大多数Web应用程序来说已经足够安全了。不过不要忘记你还是可以让用户使用安全强度更高的密码,比如要求最少位数,使用字母,数字和特殊字符混合密码等。

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