Ⅰ 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。
Ⅱ HASH中的MD5
Hash，一般翻譯做"散列」，也有直接音譯為"哈希"的，就是把任意長度的輸入（又叫做預映射， pre-image），通過散列演算法，變換成固定長度的輸出，該輸出就是散列值。這種轉換是一種壓縮映射，也就是，散列值的空間通常遠小於輸入的空間，不同的輸入可能會散列成相同的輸出，而不可能從散列值來唯一的確定輸入值.
簡單的說就是一種將任意長度的消息壓縮到某一固定長度的信息摘要的函數.
HASH主要用於信息安全領域中加密演算法，他把一些不同長度的信息轉化成雜亂的128位的編碼里,叫做HASH值. 也可以說，hash就是找到一種數據內容和數據存放地址之間的映射關系.
Hash演算法在信息安全方面的應用主要體現在以下的3個方面：
如果將哈希後的密文比作一把鎖，暴力破解的方法就是現場製作各種各樣不同齒形的鑰匙，再來嘗試能否開鎖，這樣耗時無疑很長；我以前錯誤理解的「彩虹表」，是事先製作好所有齒形的鑰匙，全部拿過來嘗試開鎖，這樣雖然省去了製作鑰匙的時間，但是後來發現這些鑰匙實在是太多了，沒法全部帶在身上。而真正的彩虹表，是將鑰匙按照某種規律進行分組，每組鑰匙中只需要帶最有特點的一個，當發現某個「特徵鑰匙」差一點就能開鎖了，則當場對該鑰匙進行簡單的打磨，直到能開鎖為止。這種方法是既省力又省時的.
哈希碰撞就是一種優化過演算法,其基本原理就是把密碼明文對應的MD5與你的MD5進行對比,因為經過一些優化,所以無論是時間上,還是空間都很很快.其優化方法我也沒研究過,不過感興趣的可以查一下王小雲教授關於哈希碰撞的論文.
目前來說,破解MD5加密的最有效的方法就是 哈希碰撞+彩虹表+對應秘鑰 ,一些網路黑客會在一些明文存儲用戶密碼的網站上竊取信息,假如黑客有一億條數據,因為都是真實用戶所以經過哈希碰撞之後,你的密碼被破譯出來的幾率就真的非常大了,那破譯不出來的可能就是因為大小寫和一些特殊符號,這就用到了彩虹表,最後就是你的秘鑰,比如你是之前對用戶的密碼進行加鹽,還是之後對MD5之後的字元串進行的特殊處理,只要對方知道你的秘鑰,那麼你密碼被破譯出來的幾率就非常非常高了,所以我們說: 一個密碼系統的安全性只在於密鑰的保密性，而不在於演算法的保密性.
MD5本身是不可逆和無沖突的,但是用一些巧妙地方法會被破解出來.一個密碼系統的是沒有絕對安全的,密碼系統只是增加了被破解的代價.
PS:一切明文存儲用戶密碼的網站都是耍流氓!
Ⅲ 詳解MD5 干什麼的 優點 缺點 原理
MD5演算法是一種非常優秀的加密演算法。
MD5加密演算法特點：靈活性、不可恢復性。
介紹MD5加密演算法基本情況MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5，在90年代初由MIT的計算機科學實驗室和RSA Data Security Inc發明，經MD2、MD3和MD4發展而來。
Message-Digest泛指位元組串(Message)的Hash變換，就是把一個任意長度的位元組串變換成一定長的大整數。請注意我使用了」位元組串」而不是」字元串」這個詞，是因為這種變換只與位元組的值有關，與字元集或編碼方式無關。
MD5將任意長度的」位元組串」變換成一個128bit的大整數，並且它是一個不可逆的字元串變換演算法，換句話說就是，即使你看到源程序和演算法描述，也無法將一個MD5的值變換回原始的字元串，從數學原理上說，是因為原始的字元串有無窮多個，這有點象不存在反函數的數學函數。
MD5的典型應用是對一段Message(位元組串)產生fingerprint(指紋)，以防止被」篡改」。舉個例子，你將一段話寫在一個叫 readme.txt文件中，並對這個readme.txt產生一個MD5的值並記錄在案，然後你可以傳播這個文件給別人，別人如果修改了文件中的任何內容，你對這個文件重新計算MD5時就會發現。如果再有一個第三方的認證機構，用MD5還可以防止文件作者的」抵賴」，這就是所謂的數字簽名應用。
MD5還廣泛用於加密和解密技術上，在很多操作系統中，用戶的密碼是以MD5值（或類似的其它演算法）的方式保存的，用戶Login的時候，系統是把用戶輸入的密碼計算成MD5值，然後再去和系統中保存的MD5值進行比較，而系統並不」知道」用戶的密碼是什麼。
一些黑客破獲這種密碼的方法是一種被稱為」跑字典」的方法。有兩種方法得到字典，一種是日常搜集的用做密碼的字元串表，另一種是用排列組合方法生成的，先用MD5程序計算出這些字典項的MD5值，然後再用目標的MD5值在這個字典中檢索。
即使假設密碼的最大長度為8，同時密碼只能是字母和數字，共26+26+10=62個字元，排列組合出的字典的項數則是 P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已經是一個很天文的數字了，存儲這個字典就需要TB級的磁碟組，而且這種方法還有一個前提，就是能獲得目標賬戶的密碼MD5值的情況下才可以。
在很多電子商務和社區應用中，管理用戶的Account是一種最常用的基本功能，盡管很多Application Server提供了這些基本組件，但很多應用開發者為了管理的更大的靈活性還是喜歡採用關系資料庫來管理用戶，懶惰的做法是用戶的密碼往往使用明文或簡單的變換後直接保存在資料庫中，因此這些用戶的密碼對軟體開發者或系統管理員來說可以說毫無保密可言，本文的目的是介紹MD5的Java Bean的實現，同時給出用MD5來處理用戶的Account密碼的例子，這種方法使得管理員和程序設計者都無法看到用戶的密碼，盡管他們可以初始化它們。但重要的一點是對於用戶密碼設置習慣的保護。