【笔记】PBKDF2算法

PBKDF2是什么

PBKDF2(Password-Based Key Derivation Function)是一个用来导出密钥的函数,常用于生成加密的密码。

它的基本原理是通过一个伪随机函数(例如HMAC函数),把明文和一个盐值作为输入参数,然后重复进行运算,并最终产生密钥。

如果重复的次数足够大,破解的成本就会变得很高。而盐值的添加也会增加“彩虹表”攻击的难度。

破解PBKDF2生成的密码要多久

【笔记】PBKDF2算法_第1张图片

上图是14年在一台多GPU的高端PC上进行的测试,可以看到,在4个单词(随机从Diceware列表选择)的情况下,如果每秒能猜2万个密码,则要猜出密码平均需要2890年。如果密码的长度再高点,则这个时间是天文数字了。

PBKDF2函数的定义

DK = PBKDF2(PRF, Password, Salt, c, dkLen)
  • PRF是一个伪随机函数,例如HASH_HMAC函数,它会输出长度为hLen的结果。

  • Password是用来生成密钥的原文密码。

  • Salt是一个加密用的盐值。

  • c是进行重复计算的次数。

  • dkLen是期望得到的密钥的长度。

  • DK是最后产生的密钥。

PBKDF2的算法流程

DK的值由一个以上的block拼接而成。block的数量是dkLen/hLen的值。就是说如果PRF输出的结果比期望得到的密钥长度要短,则要通过拼接多个结果以满足密钥的长度:

DK = T1 || T2 || ... || Tdklen/hlen

而每个block则通过则通过函数F得到:

Ti = F(Password, Salt, c, i)

在函数F里,PRF会进行c次的运算,然后把得到的结果进行异或运算,得到最终的值。

F(Password, Salt, c, i) = U1 ^ U2 ^ ... ^ Uc

第一次,PRF会使用Password作为key,Salt拼接上编码成大字节序的32位整型的i作为盐值进行运算。

U1 = PRF(Password, Salt || INT_32_BE(i))

而后续的c-1次则会使用上次得到的结果作为盐值。

U2 = PRF(Password, U1)
...
Uc = PRF(Password, Uc-1)

函数F大致的流程图如下:

【笔记】PBKDF2算法_第2张图片

PBKDF2算法在PHP中的使用

从PHP5.5版本开始,PHP提供了原生的函数hash_pbkdf2实现PBKDF2算法:

string hash_pbkdf2 ( string $algo , string $password , string $salt , int $iterations [, int $length = 0 [, bool $raw_output = false ]] )

具体用法请看:http://php.net/manual/en/function.hash-pbkdf2.php

而在这个版本之前,我们可以使用其他用户写的兼容方法,例如:

又或者这个:https://github.com/rchouinard/hash_pbkdf2-compat

基于安全考虑,需要注意以下几点:

  1. $algo建议选择SHA256或更安全的哈希算法。

  2. $salt至少为8字节,且要为随机数。

  3. $count迭代次数建议至少为50000次,除非有严格的性能要求。

参考

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/PBKDF2

  2. http://php.net/manual/en/function.hash-pbkdf2.php

  3. https://blog.agilebits.com/2014/03/10/crackers-report-great-news-for-1password-4/

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