九兆次演算实现碰撞！Google攻破了最重要的加密技术

9,223,372,036,854,775,808 次演算之后，Google和荷兰CWI的研究者完成了对SHA-1哈希算法的破解：他们创造了两个内容截然不同，SHA-1哈希值却完全一致的PDF文件。此事件给已经日渐黄昏的SHA-1算法又补了一刀。

Google 的研究人员刚刚创造了计算机加密学在 2017 年的第一个里程碑：他们攻破了 SHA-1 安全加密算法。

实验的关键研究者是来自荷兰 CWI 研究机构的马克·斯蒂文斯 (Marc Stevens)，他在哈希算法方面发布过大量优秀的研究成果。从 2013 年开始在学界展现出攻克 SHA-1 算法的决心，之后陆续发布了一系列新成果和改进方法。通过和 Google 进行合作，他获得了实现本次攻破的关键资源：强大的计算能力。

这件事相当重要，令人激动。原因还要从 SHA-1 到底是个什么东西说起。

SHA-1是什么?

SHA-1（全称 Secure Hash Algorithm-1）是一种安全加密算法，最主要的用途是数字签名。

举个例子：你肯定在电脑上下载过软件吧？是否记得，文件的上传者曾提醒过你，在下载后要校验文件？有没有见过类似下图中的文字？

这是因为，使用 SHA-1、MD5 这样的哈希算法，对文本文档、表格、音乐mp3、PDF、可执行文件或其他任何文件等进行计算，都会得出像上图中这样的字段（哈希值）。在过去只要文件不同，对应的哈希值都绝对不一样，就像是给每个文件都加上了数字的签名。

而 SHA-1 哈希值应该是 40 个英/数字：比如上面这张图片对应的 SHA-1 值是：

1E2FF30C5FD327C438F76C3ACBE97AAFB9AEDF7E

对于下载者来说，原文件的哈希值很重要：当你下载了一个软件，用文件校验工具查看它的 SHA-1/MD5 值，如果和原文件的不一样，你就得小心了，因为文件显然被修改过了，而里面可能包含了病毒或其他恶意代码。

文件哈希值校验实例

SHA-1 和 MD5 是世界上最为常用的文件校验加密算法，过去一直被认为是比较安全和可靠的算法——直到今天。

Google 和 CWI 一起研究出了一种方法，能够让两个不同的文件采用 SHA-1 演算之后，呈现出完全一致的哈希值。

怎样攻破的？

这次攻破被命名为 SHAttered attack。研究者提供了两张内容截然不同，在颜色上存在明显差异，但 SHA-1 哈希值却完全相同的 PDF 文件作为证明：

在博客中，研究者写道：

哈希碰撞（hash collision，即两个不同文件哈希值一致，也有译作哈希冲突）本来不应该发生。但实际上，当哈希算法存在漏洞时，一个有足够实力的攻击者能够制造出碰撞。进而，攻击者可以用去攻击那些依靠哈希值来校验文件的系统，植入错误的文件造成恶果。举个例子，两份条款完全不同的保单。

本次 Google 对其进行攻破花费了巨量的算力：总计9,223,372,036,854,775,808——超过 9 兆（亿亿）次演算。

破解分为两个阶段，分别需要一个 CPU 进行 6500 年，和一个 GPU 进行 110 年的计算才可以完成。这是因为研究者采用了自行研发的 Shattered 破解方法，其效率远胜于使用暴力破解。而且 Google 云平台提供的大规模计算技术，显著减轻了负担。

这也是为什么必须“有足够实力的攻击者”才能攻破……

需要恐慌吗……

2012 年安全技术专家布鲁斯·施奈尔曾经估计，完成一次 SHA-1 碰撞在 2012 年需要耗费 277 万美元，到 2015 年则降到 70 万美元，2021 年只需要 4.3 万美元。他还暗示，到 2018 年就会有犯罪集团具备伪造 SHA-1 签名证书的能力。

但至少目前，人们并不需要恐慌。首先就事件本身而言，普通网友不需要担心有人会用它做坏事，因为 Google 漏洞披露政策规定，本次 SHAttered attack 的研究者需要等待 90 天才能发布原始代码。就算掌握了代码，至少也得有 Google 这种水平的大规模计算能力……

另外，研究者上线了一个网站shattered.io，网友可以上去了解更多技术细节，还可以上传自己的文件，测试自己的文件是否安全。

作为一种老旧的哈希算法，SHA-1 正在被其后来者，比如 SHA-2 和 SHA-3 新算法以及它们的各种变体所取代。三大浏览器 Chrome、微软 Edge/IE 和火狐浏览器都决定弃用 SHA-1。

Google 早在 2014 年就未雨绸缪，宣布了逐渐放弃 SHA-1 的决定。去年开始，Google 的 Chrome 浏览器已经不再支持 SHA-1 证书，会将其标记为不安全。当证书过期之后，浏览器将无法访问这些网站。Google 方面也推荐 IT 人士采用 SHA-256 等更安全的算法。所以今天的实验结果宣布，也算是给 SHA-1 补上迟来的一刀了……

微软 Edge 浏览器团队此前在其博客中表示，将于 2017 年中开始弃用 SHA-1。但据《福布斯》网络版报道，另一位安全专家凯文·贝尔蒙特则在 Twitter 上指出，弃用 SHA-1 的 Windows 安全更新本应该在 2 月早些时候推送，但仍处于延期发布的状态。

去年 10 月，火狐浏览器的开发商 Mozilla 也宣布了同样的决定。

最后再送上：一张图看懂 SHAttered attack（Google 官方制作）

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