hash加密的安全性

⑴ 如何安全的存儲用戶的密碼

保護密碼最好的的方式就是使用帶鹽的密碼hash(salted password hashing).對密碼進行hash操作是一件很簡單的事情，但是很多人都犯了錯。接下來我希望可以詳細的闡述如何恰當的對密碼進行hash，以及為什麼要這樣做。
重要提醒
如果你打算自己寫一段代碼來進行密碼hash，那麼趕緊停下吧。這樣太容易犯錯了。這個提醒適用於每一個人，不要自己寫密碼的hash演算法 ！關於保存密碼的問題已經有了成熟的方案，那就是使用phpass或者本文提供的源碼。
什麼是hash
hash("hello") =
hash("hbllo") =
hash("waltz") =

Hash演算法是一種單向的函數。它可以把任意數量的數據轉換成固定長度的「指紋」，這個過程是不可逆的。而且只要輸入發生改變，哪怕只有一個bit，輸出的hash值也會有很大不同。這種特性恰好合適用來用來保存密碼。因為我們希望使用一種不可逆的演算法來加密保存的密碼，同時又需要在用戶登陸的時候驗證密碼是否正確。
在一個使用hash的賬號系統中，用戶注冊和認證的大致流程如下：
1, 用戶創建自己的賬號
2, 用戶密碼經過hash操作之後存儲在資料庫中。沒有任何明文的密碼存儲在伺服器的硬碟上。
3, 用戶登陸的時候，將用戶輸入的密碼進行hash操作後與資料庫里保存的密碼hash值進行對比。
4, 如果hash值完全一樣，則認為用戶輸入的密碼是正確的。否則就認為用戶輸入了無效的密碼。
5, 每次用戶嘗試登陸的時候就重復步驟3和步驟4。

在步驟4的時候不要告訴用戶是賬號還是密碼錯了。只需要顯示一個通用的提示，比如賬號或密碼不正確就可以了。這樣可以防止攻擊者枚舉有效的用戶名。
還需要注意的是用來保護密碼的hash函數跟數據結構課上見過的hash函數不完全一樣。比如實現hash表的hash函數設計的目的是快速，但是不夠安全。只有加密hash函數(cryptographic hash functions)可以用來進行密碼的hash。這樣的函數有SHA256, SHA512, RipeMD, WHIRLPOOL等。
一個常見的觀念就是密碼經過hash之後存儲就安全了。這顯然是不正確的。有很多方式可以快速的從hash恢復明文的密碼。還記得那些md5破解網站吧，只需要提交一個hash，不到一秒鍾就能知道結果。顯然，單純的對密碼進行hash還是遠遠達不到我們的安全需求。下一部分先討論一下破解密碼hash，獲取明文常見的手段。
如何破解hash
字典和暴力破解攻擊(Dictionary and Brute Force Attacks)
最常見的破解hash手段就是猜測密碼。然後對每一個可能的密碼進行hash，對比需要破解的hash和猜測的密碼hash值，如果兩個值一樣，那麼之前猜測的密碼就是正確的密碼明文。猜測密碼攻擊常用的方式就是字典攻擊和暴力攻擊。
Dictionary Attack

Trying apple : failed
Trying blueberry : failed
Trying justinbeiber : failed
...
Trying letmein : failed
Trying s3cr3t : success!

字典攻擊是將常用的密碼，單詞，短語和其他可能用來做密碼的字元串放到一個文件中，然後對文件中的每一個詞進行hash，將這些hash與需要破解的密碼hash比較。這種方式的成功率取決於密碼字典的大小以及字典的是否合適。
Brute Force Attack

Trying aaaa : failed
Trying aaab : failed
Trying aaac : failed
...
Trying acdb : failed
Trying acdc : success!

暴力攻擊就是對於給定的密碼長度，嘗試每一種可能的字元組合。這種方式需要花費大量的計算機時間。但是理論上只要時間足夠，最後密碼一定能夠破解出來。只是如果密碼太長，破解花費的時間就會大到無法承受。
目前沒有方式可以阻止字典攻擊和暴力攻擊。只能想辦法讓它們變的低效。如果你的密碼hash系統設計的是安全的，那麼破解hash唯一的方式就是進行字典或者暴力攻擊了。
查表破解(Lookup Tables)
對於特定的hash類型，如果需要破解大量hash的話，查表是一種非常有效而且快速的方式。它的理念就是預先計算(pre-compute)出密碼字典中每一個密碼的hash。然後把hash和對應的密碼保存在一個表裡。一個設計良好的查詢表結構，即使存儲了數十億個hash，每秒鍾仍然可以查詢成百上千個hash。
如果你想感受下查表破解hash的話可以嘗試一下在CraskStation上破解下下面的sha256 hash。

反向查表破解(Reverse Lookup Tables)
Searching for hash(apple) in users' hash list... : Matches [alice3, 0bob0, charles8]
Searching for hash(blueberry) in users' hash list... : Matches [usr10101, timmy, john91]
Searching for hash(letmein) in users' hash list... : Matches [wilson10, dragonslayerX, joe1984]
Searching for hash(s3cr3t) in users' hash list... : Matches [bruce19, knuth1337, john87]
Searching for hash(z@29hjja) in users' hash list... : No users used this password

這種方式可以讓攻擊者不預先計算一個查詢表的情況下同時對大量hash進行字典和暴力破解攻擊。
首先，攻擊者會根據獲取到的資料庫數據製作一個用戶名和對應的hash表。然後將常見的字典密碼進行hash之後，跟這個表的hash進行對比，就可以知道用哪些用戶使用了這個密碼。這種攻擊方式很有效果，因為通常情況下很多用戶都會有使用相同的密碼。
彩虹表 (Rainbow Tables)
彩虹表是一種使用空間換取時間的技術。跟查表破解很相似。只是它犧牲了一些破解時間來達到更小的存儲空間的目的。因為彩虹表使用的存儲空間更小，所以單位空間就可以存儲更多的hash。彩虹表已經能夠破解8位長度的任意md5hash。彩虹表具體的原理可以參考http://www.project-rainbowcrack.com/
下一章節我們會討論一種叫做「鹽」(salting)的技術。通過這種技術可以讓查表和彩虹表的方式無法破解hash。
加鹽(Adding Salt)
hash("hello") =
hash("hello" + "QxLUF1bgIAdeQX") =
hash("hello" + "bv5PehSMfV11Cd") =
hash("hello" + "YYLmfY6IehjZMQ") =

查表和彩虹表的方式之所以有效是因為每一個密碼的都是通過同樣的方式來進行hash的。如果兩個用戶使用了同樣的密碼，那麼一定他們的密碼hash也一定相同。我們可以通過讓每一個hash隨機化，同一個密碼hash兩次，得到的不同的hash來避免這種攻擊。
具體的操作就是給密碼加一個隨即的前綴或者後綴，然後再進行hash。這個隨即的後綴或者前綴成為「鹽」。正如上面給出的例子一樣，通過加鹽，相同的密碼每次hash都是完全不一樣的字元串了。檢查用戶輸入的密碼是否正確的時候，我們也還需要這個鹽，所以鹽一般都是跟hash一起保存在資料庫里，或者作為hash字元串的一部分。
鹽不需要保密，只要鹽是隨機的話，查表，彩虹表都會失效。因為攻擊者無法事先知道鹽是什麼，也就沒有辦法預先計算出查詢表和彩虹表。如果每個用戶都是使用了不同的鹽，那麼反向查表攻擊也沒法成功。
下一節，我們會介紹一些鹽的常見的錯誤實現。
錯誤的方式：短的鹽和鹽的復用
最常見的錯誤實現就是一個鹽在多個hash中使用或者使用的鹽很短。
鹽的復用(Salt Reuse)
不管是將鹽硬編碼在程序里還是隨機一次生成的，在每一個密碼hash里使用相同的鹽會使這種防禦方法失效。因為相同的密碼hash兩次得到的結果還是相同的。攻擊者就可以使用反向查表的方式進行字典和暴力攻擊。只要在對字典中每一個密碼進行hash之前加上這個固定的鹽就可以了。如果是流行的程序的使用了硬編碼的鹽，那麼也可能出現針對這種程序的這個鹽的查詢表和彩虹表，從而實現快速破解hash。
用戶每次創建或者修改密碼一定要使用一個新的隨機的鹽
短的鹽
如果鹽的位數太短的話，攻擊者也可以預先製作針對所有可能的鹽的查詢表。比如，3位ASCII字元的鹽，一共有95x95x95 = 857,375種可能性。看起來好像很多。假如每一個鹽製作一個1MB的包含常見密碼的查詢表，857,375個鹽才是837GB。現在買個1TB的硬碟都只要幾百塊而已。
基於同樣的理由，千萬不要用用戶名做為鹽。雖然對於每一個用戶來說用戶名可能是不同的，但是用戶名是可預測的，並不是完全隨機的。攻擊者完全可以用常見的用戶名作為鹽來製作查詢表和彩虹表破解hash。
根據一些經驗得出來的規則就是鹽的大小要跟hash函數的輸出一致。比如，SHA256的輸出是256bits(32bytes),鹽的長度也應該是32個位元組的隨機數據。
錯誤的方式：雙重hash和古怪的hash函數
這一節討論另外一個常見的hash密碼的誤解:古怪的hash演算法組合。人們可能解決的將不同的hash函數組合在一起用可以讓數據更安全。但實際上，這種方式帶來的效果很微小。反而可能帶來一些互通性的問題，甚至有時候會讓hash更加的不安全。本文一開始就提到過，永遠不要嘗試自己寫hash演算法，要使用專家們設計的標准演算法。有些人會覺得通過使用多個hash函數可以降低計算hash的速度，從而增加破解的難度。通過減慢hash計算速度來防禦攻擊有更好的方法，這個下文會詳細介紹。
下面是一些網上找到的古怪的hash函數組合的樣例。
md5(sha1(password))
md5(md5(salt) + md5(password))
sha1(sha1(password))
sha1(str_rot13(password + salt))
md5(sha1(md5(md5(password) + sha1(password)) + md5(password)))

不要使用他們！
注意：這部分的內容其實是存在爭議的！我收到過大量郵件說組合hash函數是有意義的。因為如果攻擊者不知道我們用了哪個函數，就不可能事先計算出彩虹表，並且組合hash函數需要更多的計算時間。
攻擊者如果不知道hash演算法的話自然是無法破解hash的。但是考慮到Kerckhoffs』s principle,攻擊者通常都是能夠接觸到源碼的(尤其是免費軟體和開源軟體)。通過一些目標系統的密碼–hash對應關系來逆向出演算法也不是非常困難。
如果你想使用一個標準的」古怪」的hash函數，比如HMAC，是可以的。但是如果你的目的是想減慢hash的計算速度，那麼可以讀一下後面討論的慢速hash函數部分。基於上面討論的因素，最好的做法是使用標準的經過嚴格測試的hash演算法。
hash碰撞(Hash Collisions)
因為hash函數是將任意數量的數據映射成一個固定長度的字元串，所以一定存在不同的輸入經過hash之後變成相同的字元串的情況。加密hash函數(Cryptographic hash function)在設計的時候希望使這種碰撞攻擊實現起來成本難以置信的高。但時不時的就有密碼學家發現快速實現hash碰撞的方法。最近的一個例子就是MD5，它的碰撞攻擊已經實現了。
碰撞攻擊是找到另外一個跟原密碼不一樣，但是具有相同hash的字元串。但是，即使在相對弱的hash演算法，比如MD5,要實現碰撞攻擊也需要大量的算力(computing power),所以在實際使用中偶然出現hash碰撞的情況幾乎不太可能。一個使用加鹽MD5的密碼hash在實際使用中跟使用其他演算法比如SHA256一樣安全。不過如果可以的話，使用更安全的hash函數，比如SHA256, SHA512, RipeMD, WHIRLPOOL等是更好的選擇。
正確的方式：如何恰當的進行hash
這部分會詳細討論如何恰當的進行密碼hash。第一個章節是最基礎的，這章節的內容是必須的。後面一個章節是闡述如何繼續增強安全性，讓hash破解變得異常困難。
基礎：使用加鹽hash
我們已經知道惡意黑客可以通過查表和彩虹表的方式快速的獲得hash對應的明文密碼，我們也知道了通過使用隨機的鹽可以解決這個問題。但是我們怎麼生成鹽，怎麼在hash的過程中使用鹽呢？
鹽要使用密碼學上可靠安全的偽隨機數生成器(Cryptographically Secure Pseudo-Random Number Generator (CSPRNG))來產生。CSPRNG跟普通的偽隨機數生成器比如C語言中的rand(),有很大不同。正如它的名字說明的那樣，CSPRNG提供一個高標準的隨機數，是完全無法預測的。我們不希望我們的鹽能夠被預測到，所以一定要使用CSPRNG。

⑵ 區塊鏈密碼演算法是怎樣的

區塊鏈作為新興技術受到越來越廣泛的關注，是一種傳統技術在互聯網時代下的新的應用，這其中包括分布式數據存儲技術、共識機制和密碼學等。隨著各種區塊鏈研究聯盟的創建，相關研究得到了越來越多的資金和人員支持。區塊鏈使用的Hash演算法、零知識證明、環簽名等密碼演算法:

Hash演算法

哈希演算法作為區塊鏈基礎技術，Hash函數的本質是將任意長度（有限）的一組數據映射到一組已定義長度的數據流中。若此函數同時滿足：

（1）對任意輸入的一組數據Hash值的計算都特別簡單；

（2）想要找到2個不同的擁有相同Hash值的數據是計算困難的。

滿足上述兩條性質的Hash函數也被稱為加密Hash函數，不引起矛盾的情況下，Hash函數通常指的是加密Hash函數。對於Hash函數，找到使得被稱為一次碰撞。當前流行的Hash函數有MD5,SHA1,SHA2,SHA3。

比特幣使用的是SHA256，大多區塊鏈系統使用的都是SHA256演算法。所以這里先介紹一下SHA256。

1、 SHA256演算法步驟

STEP1：附加填充比特。對報文進行填充使報文長度與448模512同餘（長度=448mod512），填充的比特數范圍是1到512，填充比特串的最高位為1，其餘位為0。

STEP2：附加長度值。將用64-bit表示的初始報文（填充前）的位長度附加在步驟1的結果後（低位位元組優先）。

STEP3：初始化緩存。使用一個256-bit的緩存來存放該散列函數的中間及最終結果。

STEP4：處理512-bit（16個字）報文分組序列。該演算法使用了六種基本邏輯函數，由64 步迭代運算組成。每步都以256-bit緩存值為輸入，然後更新緩存內容。每步使用一個32-bit 常數值Kt和一個32-bit Wt。其中Wt是分組之後的報文，t=1,2,...,16 。

STEP5：所有的512-bit分組處理完畢後，對於SHA256演算法最後一個分組產生的輸出便是256-bit的報文。

2、環簽名

2001年，Rivest, shamir和Tauman三位密碼學家首次提出了環簽名。是一種簡化的群簽名，只有環成員沒有管理者，不需要環成員間的合作。環簽名方案中簽名者首先選定一個臨時的簽名者集合,集合中包括簽名者。然後簽名者利用自己的私鑰和簽名集合中其他人的公鑰就可以獨立的產生簽名,而無需他人的幫助。簽名者集合中的成員可能並不知道自己被包含在其中。

環簽名方案由以下幾部分構成：

（1）密鑰生成。為環中每個成員產生一個密鑰對(公鑰PKi,私鑰SKi)。

（2）簽名。簽名者用自己的私鑰和任意n個環成員(包括自己)的公鑰為消息m生成簽名a。

（3）簽名驗證。驗證者根據環簽名和消息m,驗證簽名是否為環中成員所簽,如果有效就接收,否則丟棄。

環簽名滿足的性質：

（1）無條件匿名性:攻擊者無法確定簽名是由環中哪個成員生成,即使在獲得環成員私鑰的情況下,概率也不超過1/n。

（2）正確性:簽名必需能被所有其他人驗證。

（3）不可偽造性:環中其他成員不能偽造真實簽名者簽名,外部攻擊者即使在獲得某個有效環簽名的基礎上,也不能為消息m偽造一個簽名。

3、環簽名和群簽名的比較

（1）匿名性。都是一種個體代表群體簽名的體制，驗證者能驗證簽名為群體中某個成員所簽，但並不能知道為哪個成員，以達到簽名者匿名的作用。

（2）可追蹤性。群簽名中，群管理員的存在保證了簽名的可追蹤性。群管理員可以撤銷簽名，揭露真正的簽名者。環簽名本身無法揭示簽名者,除非簽名者本身想暴露或者在簽名中添加額外的信息。提出了一個可驗證的環簽名方案,方案中真實簽名者希望驗證者知道自己的身份,此時真實簽名者可以通過透露自己掌握的秘密信息來證實自己的身份。

（3）管理系統。群簽名由群管理員管理，環簽名不需要管理，簽名者只有選擇一個可能的簽名者集合，獲得其公鑰，然後公布這個集合即可，所有成員平等。

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⑶ 非對稱加密演算法有哪些，安全性能對比

常見的非對稱加密演算法有：RSA、ECC（移動設備用）、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA（數字簽名用）

Hash演算法
Hash演算法特別的地方在於它是一種單向演算法，用戶可以通過Hash演算法對目標信息生成一段特定長度的唯一的Hash值，卻不能通過這個Hash值重新獲得目標信息。因此Hash演算法常用在不可還原的密碼存儲、信息完整性校驗等。

常見的Hash演算法有MD2、MD4、MD5、HAVAL、SHA
加密演算法的效能通常可以按照演算法本身的復雜程度、密鑰長度（密鑰越長越安全）、加解密速度等來衡量。上述的演算法中，除了DES密鑰長度不夠、MD2速度較慢已逐漸被淘汰外，其他演算法仍在目前的加密系統產品中使用。