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如何安全的存储密码

日期:2017.07.22  来源:广佳网络

  过去一段时间来,众多的网站遭遇用户密码数据库泄露事件,这甚至包括顶级的互联网企业–NASDQ上市的商务社交网络Linkedin,国内诸如CSDN一类的就更多了。

  层出不穷的类似事件对用户会造成巨大的影响,因为人们往往习惯在不同网站使用相同的密码,一家“暴库”,全部遭殃。

  那么在选择密码存储方案时,容易掉入哪些陷阱,以及如何避免这些陷阱?我们将在实践中的一些心得体会记录于此,与大家分享。

菜鸟方案

  直接存储用户密码的明文或者将密码加密存储。

  曾经有一次我在某知名网站重置密码,结果邮件中居然直接包含以前设置过的密码。我和客服咨询为什么直接将密码发送给用户,客服答曰:“减少用户步骤,用户体验更好”;再问“管理员是否可以直接获知我的密码”, 客服振振有词:“我们用XXX算法加密过的,不会有问题的”。 殊不知,密码加密后一定能被解密获得原始密码,因此,该网站一旦数据库泄露,所有用户的密码本身就大白于天下。

  以后看到这类网站,大家最好都绕道而走,因为一家“暴库”,全部遭殃。

入门方案

  将明文密码做单向哈希后存储。

  单向哈希算法有一个特性,无法通过哈希后的摘要(digest)恢复原始数据,这也是“单向”二字的来源,这一点和所有的加密算法都不同。常用的单向哈希算法包括SHA-256,SHA-1,MD5等。例如,对密码“passwordhunter”进行SHA-256哈希后的摘要(digest)如下:

“bbed833d2c7805c4bf039b140bec7e7452125a04efa9e0b296395a9b95c2d44c”

  可能是“单向”二字有误导性,也可能是上面那串数字唬人,不少人误以为这种方式很可靠, 其实不然。

单向哈希有两个特性

  1)从同一个密码进行单向哈希,得到的总是唯一确定的摘要

  2)计算速度快。随着技术进步,尤其是显卡在高性能计算中的普及,一秒钟能够完成数十亿次单向哈希计算

  结合上面两个特点,考虑到多数人所使用的密码为常见的组合,攻击者可以将所有密码的常见组合进行单向哈希,得到一个摘要组合,然后与数据库中的摘要进行比对即可获得对应的密码。这个摘要组合也被称为rainbow table。

  更糟糕的是,一个攻击者只要建立上述的rainbow table,可以匹配所有的密码数据库。仍然等同于一家“暴库”,全部遭殃。以后要是有某家厂商宣布“我们的密码都是哈希后存储的,绝对安全”,大家对这个行为要特别警惕并表示不屑。有兴趣的朋友可以搜索下,看看哪家厂商躺着中枪了。

进阶方案

  将明文密码混入“随机因素”,然后进行单向哈希后存储,也就是所谓的“Salted Hash”。

  这个方式相比上面的方案,最大的好处是针对每一个数据库中的密码,都需要建立一个完整的rainbow table进行匹配。 因为两个同样使用“passwordhunter”作为密码的账户,在数据库中存储的摘要完全不同。

  10多年以前,因为计算和内存大小的限制,这个方案还是足够安全的,因为攻击者没有足够的资源建立这么多的rainbow table。 但是,在今日,因为显卡的恐怖的并行计算能力,这种攻击已经完全可行。

专家方案

  故意增加密码计算所需耗费的资源和时间,使得任何人都不可获得足够的资源建立所需的rainbow table。

  这类方案有一个特点,算法中都有个因子,用于指明计算密码摘要所需要的资源和时间,也就是计算强度。计算强度越大,攻击者建立rainbow table越困难,以至于不可继续。

这类方案的常用算法有三种

  1)PBKDF2(Password-Based Key Derivation Function)

  PBKDF2简单而言就是将salted hash进行多次重复计算,这个次数是可选择的。如果计算一次所需要的时间是1微秒,那么计算1百万次就需要1秒钟。假如攻击一个密码所需的rainbow table有1千万条,建立所对应的rainbow table所需要的时间就是115天。这个代价足以让大部分的攻击者忘而生畏。

  美国政府机构已经将这个方法标准化,并且用于一些政府和军方的系统。 这个方案最大的优点是标准化,实现容易同时采用了久经考验的SHA算法。

  2) bcrypt

  bcrypt是专门为密码存储而设计的算法,基于Blowfish加密算法变形而来,由Niels Provos和David Mazières发表于1999年的USENIX。

  bcrypt最大的好处是有一个参数(work factor),可用于调整计算强度,而且work factor是包括在输出的摘要中的。随着攻击者计算能力的提高,使用者可以逐步增大work factor,而且不会影响已有用户的登陆。

  bcrypt经过了很多安全专家的仔细分析,使用在以安全著称的OpenBSD中,一般认为它比PBKDF2更能承受随着计算能力加强而带来的风险。bcrypt也有广泛的函数库支持,因此我们建议使用这种方式存储密码。

  3) scrypt

  scrypt是由著名的FreeBSD黑客 Colin Percival为他的备份服务 Tarsnap开发的。

  和上述两种方案不同,scrypt不仅计算所需时间长,而且占用的内存也多,使得并行计算多个摘要异常困难,因此利用rainbow table进行暴力攻击更加困难。scrypt没有在生产环境中大规模应用,并且缺乏仔细的审察和广泛的函数库支持。但是,scrypt在算法层面只要没有破绽,它的安全性应该高于PBKDF2和bcrypt。

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