安全高效又易用的密码哈希神器-bcrypt 算法解析

目录

引言

常见的密码存储方法和对应的缺陷

bcrypt 算法的起源和设计

bcrypt 的工作原理

在 Golang 中使用 bcrypt

小结

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引言

在当今数字化的世界中，密码在保护个人隐私和信息安全方面扮演着至关重要的角色。密码是最常用的身份验证手段，因为既简单又有效。密码安全是网络安全的基石，对保护个人和组织的信息安全具有根本性的作用。然而，随着网络攻击日益频繁和复杂，传统的密码哈希算法如 MD5 和 SHA 系列在面对现代的安全威胁时显得力不从心。所以采用强密码和有效的密码管理策略变得越来越重要，因此 bcrypt 应运而生，它是一种安全且灵活的密码哈希算法，能够抵御各种攻击，保障用户的数据安全。

常见的密码存储方法和对应的缺陷

以下是常见的密码存储方法及对应的缺陷：

1. 明文存储

明文存储指的是不对密码做任何加密直接存储在数据库中。缺陷是如果数据库泄露，攻击者可以立即获得所有用户的密码。这是最不安全的存储方法，项目中是绝不能使用的。

1. 基本哈希存储

指的是密码通过哈希函数处理后存储，如 MD5 或 SHA-1。缺陷是每次哈希的结果都是一样的，相同的密码总是生成相同的哈希值，使得攻击者可以使用彩虹表（预先计算的哈希值列表）来反向查找密码。此外，这些哈希算法的计算速度很快，使得暴力破解变得可行。

1. 加盐的哈希存储

为了应对基本哈希的缺点，可以为每个密码生成一个唯一的盐（随机值），将其与密码组合后再进行哈希。缺陷是虽然加盐可以抵抗彩虹表攻击，但如果使用的哈希函数计算速度很快（如SHA-256），则依然很容易被暴力破解和使用字典攻击。

1. 适应性哈希算法

适应性哈希算法（如 bcrypt、PBKDF2 和 Argon2）设计时考虑了计算时间，可以调整计算资源的消耗，从而对抗暴力破解攻击。缺陷是如果未适当配置（如设置过低的工作因子），仍然可能受到攻击。

1. 密码加密存储

使用对称或非对称加密算法对密码进行加密，然后存储加密后的值。缺陷是需要安全地存储加密密钥。如果密钥泄露，等同于密码以明文形式泄露。

1. 硬件加密机存储（HSM）

使用专用的安全硬件来处理和存储密码，如HSM。缺陷是虽然非常安全，但成本较高，且扩展性和灵活性不够。

每种密码存储方法都有其优缺点，但最佳实践是使用适应性哈希算法，这些算法专门为密码存储而设计，提供了盐值的自动管理和计算强度的调整能力，以此来抵御各种攻击手段。其中最具代表性的是 bcrypt，接下来详细讲解一下 bcrypt。

bcrypt 算法的起源和设计

bcrypt 是为了保护存储在数据库中的密码免受攻击而设计的，在1999年由 Niels Provos 和 David Mazières 开发，基于 Blowfish 密码算法，并采用“盐”来保护密码免受彩虹表攻击。

bcrypt 的设计初衷是为了提供一种更加强大、可靠的密码散列方式，以防止暴力破解和彩虹表攻击等常见密码攻击手段。为了达到这个目标，bcrypt 结合了多项创新性的设计理念，其中包括：

1. 基于 blowfish 的强哈希函数：bcrypt 算法的核心是一个基于 blowfish 算法的哈希函数，具有很高的抗碰撞能力和抵抗预计算攻击的能力。
2. 自适应工作因子：bcrypt 算法引入了一个“自适应”的工作因子，可以根据实际需求调整散列的复杂度，使其能在短时间内保持较高的安全性。
3. 盐值：bcrypt 算法采用了盐值技术，每一条密码都有一个独特的随机字符串添加到前面，以此增加破解难度，防止被彩虹表攻击。
4. 并行计算抵抗：bcrypt 算法对内存访问进行了严格的控制，以防止利用并行计算加速破解。
5. 易于使用：bcrypt 算法易于实现，可以在多种平台上使用。

bcrypt 的工作原理

bcrypt 的工作流程如下：

1. 生成盐（Salt）

 对密码进行哈希时，bcrypt 首先生成一个随机的盐（salt），盐是一个足够长的随机数，通常是128位（16字节），盐的作用是确保对同一个密码每次哈希的结果都不同。

1. 设置工作因子（Work Factor）

工作因子（也称为成本因子）决定了哈希计算的复杂度。工作因子越高，计算哈希所需的时间和资源就越多。工作因子实际上是一个指数，表示主循环的迭代次数是2的多少次方。例如，工作因子为12意味着2^12（4096）次迭代。

1. 组合密码和盐

将密码与盐组合在一起，以确保即使是相同的密码结果也会不同。

1. 扩展密钥

bcrypt 使用 Blowfish 算法对密码和盐进行多轮加密操作，这个过程被称为密钥扩展（key stretching），会多次加密一个固定的文本，通常是"OrpheanBeholderScryDoubt"这32个字符。目的提高密码哈希的计算成本，从而抵抗暴力破解。

1. 生成哈希值

经过多次迭代之后，最终生成一个固定长度的哈希值，即存储在数据库中的值，用于之后的密码校验。

1. 校验密码

当用户尝试登录时，取出存储在数据库中哈希值，使用相同的参数对用户输入的密码进行哈希处理。

通过这样的流程，bcrypt 能够有效地保护密码，即使在数据库被泄露的情况下，由于哈希的复杂性和唯一性，破解密码变得极其困难。

在 Golang 中使用 bcrypt

Golang 中的 crypto/bcrypt 包是对 bcrypt 算法的实现，具体使用示例如下：

package main

import (
	"fmt"
	"log"

	"golang.org/x/crypto/bcrypt"
)

func main() {
	password := "mypassword"

	// Hashing the password with the default cost of 10
	hashedPassword, err := bcrypt.GenerateFromPassword([]byte(password), bcrypt.DefaultCost)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Println("Hashed password: ", string(hashedPassword))

	// Verifying the password with the hashed password
	err = bcrypt.CompareHashAndPassword(hashedPassword, []byte(password))
	if err != nil {
		log.Fatal("Failed to verify password: ", err)
	}
	fmt.Println("Password is correct")
}

小结

bcrypt 是专为密码存储设计的哈希函数，通过盐值、工作因子和 Blowfish 算法的结合使用，能有效对抗彩虹表攻击和暴力破解。随着时间的推移，可以通过调整工作因子来适应新的威胁模型。