漫话密码存储

Godtoy 发布于2019-08-20 10:17 / 2087人阅读

摘要：通俗一点说就是彩虹表牺牲了一点计算速度，换来的好处是较少的空间存储更多的密码数据。关于盐的使用有一点需要说明加盐的目的是为了增加提前构造字典和彩虹表的代价，并不是为了加密或增加密码的计算复杂性。

背景

密码是用来进行鉴权(身份认证)一种手段,说白了就是证明你是谁。一般鉴权都可以总结为下面3种形式:

你知道什么? (如密码,密码提示问题等)

你有什么? (如信用卡,token卡等)

你是什么?(如指纹识别，瞳孔识别等)

常见攻击方式

常见的针对密码的攻击方式有:

暴力破解(Brute-force)

字典攻击(Dictionary Attack)

彩虹表攻击(Rainbow table attacks)

暴力破解

暴力破解指的是尝试密码空间中所有的可能情况。

字典攻击

上面说了暴力搜索空间巨大，然而大部分用户选择的密码都是有一定规律的：如使用生日，姓名，单词缩写，电话，以及以上各种方法的混合。如果把这

些常见的密码放到一个文件里，破解密码的时候就直接从这些常见的密码中尝试，这样尝试的空间和暴力破解相比就会小很多。这种存储了许多常见密码的
文件就像是一本用户常见密码的字典，字典攻击因此得名。

彩虹表

彩虹表：彩虹表是计算机科学时间/空间权衡的典型体现。起核心思想和查找表是类似的，只是相对于查找表，彩虹表需要的存储空间相对较小，查找速度

比查找表的O(1)要慢一点。通俗一点说就是：彩虹表牺牲了一点计算速度，换来的好处是较少的空间存储更多的密码数据。举个例子: 如果一个查找表里需要
存储所有的10个字符小写字母的字典(至少需要存储用户名，密码hash输出)，需要的磁盘空间为 26^10 * (10+16) / (2^40) ~= 3338T，如果改用彩虹表存储，
那么这个彩虹表可能只需要约300G的磁盘空间就能涵盖99.9%的组合。

密码存储的方式 直接存储

最简单直观的做法是将密码明文存储到数据库。这种方式数据库的一条记录类似: 。
这种方式最简单但无安全可言。黑客获取了数据库就活得了所有用户信息。因此直接存储明文是不可取的，至少需要对明文做一些处理

hash存储

先对明文密码进行hash计算，将hash函数的输出存储到数据库。这里的hash是指密码学中具有单向性和不可逆性的hash函数(如MD5，SHA1等)，不是数据结构中的hash算法。这种方式
的数据库中记录格式类似: 。这种方法比存明文要好很多，恶意用户获得了密码数据库以后不能直接得到用户的密码。这种方法的问题是：抵抗不了字典和
彩虹表攻击，一旦黑客针对数据库构造好彩虹表，就很容易破解了。因此，我们需要一种方法使恶意用户预先构造字典和彩虹表的代价变大。

密码hash加盐后存储

密码学中的盐是指一段随机字节串，通常和密码一起作为hash函数的输入。密码加盐后，数据库记录类似，这种方法有一些变种如：
或，本质都是一样的。加盐后的数据库构造彩虹表需要的巨大存储空间，
使得构造查找表和彩虹表的攻击方式失效。

大大增加构成字典和彩虹表的成本。

降低相同密码hash值相同的概率。

关于盐的使用有一点需要说明：加盐的目的是为了增加提前构造字典和彩虹表的代价，并不是为了加密或增加密码hash的计算复杂性。因此，盐并不需要加密存储，
通常是明文和用户名一起存储于数据库的。

自适应加盐存储

前面说了，密码加盐能有效的对抗提前构造字典和彩虹表的攻击，但是对于暴力破解还是无能为力，对于单个用户的密码，如果黑客采用多台计算机并行计算或者
采用GPU等特殊硬件进行暴力破解，能很快的破解较弱的密码。
因此，比较理想的密码存储方法要具备2点:

单次密码存储的计算要尽可能的慢，慢到对单个普通用户的鉴权来说计算时间刚好可以接受，但是对于需要尝试很多密码组合的恶意用户来说，计算代价将会大大增加。

可以动态的控制密码计算过程的复杂性,这样就可以应对摩尔定律下计算机计算能力越来越强的趋势。

总结

密码的安全存储目前正确的做法是使用自适应加盐的方法进行存储，具体的说是可以使用pbkdf2, bcrypt, scrypt中的任何一种。本文主要讨论了如何安全的存储密码，
如果是保证用户账户的安全，那么除了保证密码存储安全之外，通常需要综合使用下面的各种方法:

引导选择强度较高的密码

使用验证码

密码验证错误以后短时间锁住账号

敏感操作需要二次鉴权

使用two-factor验证

参考链接

加盐密码哈希：如何正确使用

密码破解之王：Ophcrack彩虹表(Rainbow Tables)

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