PHP开发之摘要和签名

本文的示例代码参考digest_signature

哈希算法

周所周知

绝不将用户的密码存储为明文

通常的做法就是使用哈希算法等单向加密算法存储密码的摘要

以使任何能够访问你的帐户数据库的人都无法发现你用户的密码

原理

哈希算法的过程很简单

输入 -> 哈希算法 -> 输出(哈希值)

但是它有如下几个非常鲜明的特点

输出定长: 输入无论是普通密码还是大文件输出长度都是固定的
相同输入的输出相同: 因此哈希算法可以通过输出的摘要校验输入数据的完整性
单向(one way): 即通过输出是无法得到输入的

哈希算法的实现有很多常用的实现有

MD5: 摘要长度128bit
SHA-1: 摘要长度160bit
SHA-256: 摘要长度256bit
SHA-512: 摘要长度512bit

这里以MD5为例来看下哈希算法的效果

vim md5.php

 
  
  测试 
  
 php md5.php
 
 Would you like a green or red apple?
 
 破解 
 虽然 破解难度随着摘要长度的增加而增大 
 但是 仍然无法防范彩虹表的攻击: 
 即 通过预先计算所有常见单词、短语、修改的单词或随机字符串的哈希值来匹配出密码 
 不过 想要防范此问题可以通过如下两种方法 
  
  强制用户使用复杂密码 而非简单数字、单词等 
  给输入加盐Salt 示例效果如下 
  
 vim salt.php
 
 
 
  
  测试 
  
 php salt.php
 
 Incorrect login attempt!
Correct Password!
 
  
  Tips: 为了进一步增加破解成本 还可以为不同的输入添加不同的Salt 
  
 最佳实践password_hash 
 上述哈希算法+Salt的方法已经接近"理想方案"了 
 不过PHP官方提供了一个更标准、更强大也具弹性的实现: password_hash 
  
  简单来说: password_hash = hash + salt + cost 
  
 vim password_hash.php
 
  14]);
echo $hash."\n";
 
  
  测试 
  
 php password_hash.php # $2y$14$GtRwvdNuHMo1uF/ynDxEbudaT5NEOyj3SiZl5TNxPiuSXdQ0IBt8y

php password_hash.php # $2y$14$uIcl9GdK6WG4LFr3mmsbZul.TFg9.Xvx0j5O8eW3B8nXjZRqrmUQe

php password_hash.php # $2y$14$rLgJU.5s235c3npMp5nitu00kZXlOLqTHJl4dMp4g7TAWeUnXtHZG
 
 细心的读者 可能已经发现 对于相同输入password_hash每次输出的哈希值是变化的 
 原因很简单 password_hash每一次添加了不同的Salt 
 另外 之所以说password_hash函数具有很强的弹性 不仅仅是因为可以配置不同的哈希算法(第二个参数) 
 而且 还可以通过第三个参数配置生成hash值的成本: ['cost' => 14] 同样这也会增加破解的成本 
 消息验证码 
 消息验证码是什么? 它又有何作用呢? 
  
  消息验证码即message authentication code 简写成MAC 
  
 原理 
 概念很抽象 我们还是先来看一看生成消息验证码的过程 
  
  输入 + secret key -> 算法 -> 输出(MAC) 
  
 由于这里的算法通常使用的是哈希算法 所以MAC常常又被成为HMAC 
  
  输入 + secret key -> 哈希算法 -> 输出(HMAC) 
  
 那么 它到底有何作用呢? 这首先得从它的特点说起 
  
  相同输入+相同secret key的输出相同: 两者任一不同则输出不同 
  shared secret key: 想要校验输入和输出 必须使用共享的同一个密钥 
  
 基于上述特点 不难看出 
  
  基于对称加密的HMAC可以用于数字签名 
  
 好吧 对称加密很好理解 因为用的是相同的secret key 
 那么 如何理解签名呢? 我们来看下面的例子 
 最佳实践hash_hmac 
  
  完整示例代码参考signedroute 
  
 composer create-project laravel/laravel signedroute
 
 # cd signedroute
vim routes/web.php
 
  25, 'user' => 100, 'response' => 'yes']);
});

Route::get('event/{id}/rsvp/{user}/{response}', function ($id, $user, $response) {
    return 'id: '.$id.' user: '.$user.' response: '.$response;
})->name('event.rsvp')->middleware('signed');
 
  
  测试 
  
 php artisan serve
 
 curl localhost:8000 # http://localhost:8000/event/25/rsvp/100/yes?signature=ec1b848899966625876fa3681b4ca2fe1222a50918d7b6a725b685448ff11f3a
 
 这里 生成签名的源码如下 
 // vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Routing/UrlGenerator.php
class UrlGenerator implements UrlGeneratorContract
{
    public function signedRoute($name, $parameters = [], $expiration = null)
    {
        $parameters = $this->formatParameters($parameters);

        $key = call_user_func($this->keyResolver);

        return $this->route($name, $parameters + [
            'signature' => hash_hmac('sha256', $this->route($name, $parameters), $key),
        ]);
    }
}
 
 其中 
 $this->route($name, $parameters)的值: "http://localhost:8000/event/25/rsvp/100/yes"

$key的值: .env中的APP_KEY=base64:MrXTUePq8uaCousYg0RCfSBcTkd+VexYZqAdttvsZ9g=
 
 这样 修改URL中任一部分(域名, 接口, 参数, 签名)都会导致访问错误 
 curl http://localhost:8000/event/25/rsvp/100/yes?signature=ec1b848899966625876fa3681b4ca2fe1222a50918d7b6a725b685448ff11f3a
# id: 25 user: 100 response: yes

curl http://localhost:8000/event/250/rsvp/100/yes?signature=ec1b848899966625876fa3681b4ca2fe1222a50918d7b6a725b685448ff11f3a | grep "InvalidSignatureException: Invalid signature"
# Illuminate\Routing\Exceptions\InvalidSignatureException: Invalid signature. in file vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Routing/Middleware/ValidateSignature.php on line 25

curl http://localhost:8000/event/25/rsvp/100/yes?signature=aa1b848899966625876fa3681b4ca2fe1222a50918d7b6a725b685448ff11f3a | grep "InvalidSignatureException: Invalid signature"
# Illuminate\Routing\Exceptions\InvalidSignatureException: Invalid signature. in file vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Routing/Middleware/ValidateSignature.php on line 25
 
  
  Tips: 想要设置签名有效期可以使用URL::temporarySignedRoute 
  
 破解 
 上述签名的方法 基于服务端签名后 服务端再验证签名 
 由于私钥只存在于服务本身 所以并不存在共享私钥带来的密钥配送问题 
  
  即 既然无法保证数据传输安全 那么也无法保证密钥传输安全 的密钥配送问题 
  
 为此 基于非对称加密算法的数字签名被广泛使用 
 数字签名 
 原理 
 基于非对称加密算法的原理如下 
 有一对公钥与私钥

公钥加密的信息 -> 只有匹配的私钥才能解密信息

私钥生成的签名 -> 只要匹配的公钥就能验证其签名
 
 鉴于非对称加密的数字签名仍然是一个很大的话题 
 本文预留一个空间以后再单独深入讨论下去 敬请期待 
 参考 
  
  md5 
  password_hash 
  hash_hmac 
  现代 PHP 中的密码安全性 
  Laravel 5.6 新功能 -- 路由签名 
  最佳实践系列（六）：PHP 开发者如何做好密码保护 & Laravel 底层密码存储和验证实现

PHP开发之摘要和签名

目录

哈希算法

原理

破解

最佳实践password_hash

消息验证码

原理

最佳实践hash_hmac

破解

数字签名

原理

参考

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