如何优雅保存密码

问题发现

在开发过程中，许多新手开发者常常使用MD5算法进行密码加密，因为很多教程都是这样教的。然而，在实际项目中，使用MD5加密密码存在很大的安全风险，因此不推荐这么做。

问题分析

哈希算法在计算机科学和信息安全中扮演着至关重要的角色，根据其应用场景和安全性要求，哈希算法可以简单地分为两类：加密哈希算法和非加密哈希算法。

1. 加密哈希算法

加密哈希算法（Cryptographic Hash Functions）主要用于保证数据的完整性和防篡改能力，适用于对安全性要求较高的场景。其主要特点是安全性较高，能够抵御一定的攻击手段，但计算性能相对较差。常见的加密哈希算法包括：

  • SHA-2（Secure Hash Algorithm 2）：SHA-2家族包括SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512等。这些算法提供了较高的安全性，能够抵御大多数已知的攻击。SHA-256和SHA-512是目前广泛使用的标准。
  • SHA-3：作为SHA系列的最新成员，SHA-3引入了Keccak算法，提供了更高的安全性和抗攻击能力。
  • SM3：由中国国家密码管理局设计的哈希算法，具有较高的安全性，适用于国家和行业标准中需要的高安全性场景。
  • RIPEMD-160：RIPEMD家族中的一员，具有较好的安全性，特别在区块链和加密货币领域有所应用。
  • BLAKE2：兼具高效性和安全性，被广泛应用于各种数据完整性和验证场景。
  • SipHash：一种快速且安全的哈希函数，主要用于哈希表中的数据验证。

这些加密哈希算法设计的核心是防止以下几种攻击：

  • 碰撞攻击：即找到两个不同的输入，它们经过哈希运算后得到相同的哈希值。
  • 原像攻击：即给定一个哈希值，找到一个输入，其哈希值与给定的哈希值相同。
  • 第二原像攻击：即给定一个输入，找到另一个不同的输入，其哈希值与第一个输入的哈希值相同。

通过设计复杂的数学结构和大量的计算迭代，这些算法能够有效地抵御上述攻击。

2. 非加密哈希算法

非加密哈希算法（Non-Cryptographic Hash Functions）主要用于需要高性能但对安全性要求不高的场景。其主要特点是计算速度快，效率高，但安全性较低，容易受到暴力破解和冲突攻击的影响。常见的非加密哈希算法包括：

  • CRC32（Cyclic Redundancy Check）：主要用于数据校验和错误检测，广泛应用于网络通信和存储设备中。CRC32具有较高的检测错误能力，但不适合用于安全性要求高的场景。
  • MurMurHash3：一种高性能的哈希算法，广泛用于哈希表、数据库和大数据处理等场景。MurMurHash3的设计注重速度和分布性，虽然安全性不如加密哈希算法，但在许多实际应用中表现出色。
  • SipHash：尽管SipHash在某些情况下被归类为加密哈希算法，但其主要设计目标是高效和防止哈希表中的DoS攻击，因此在许多性能要求高但安全性要求较低的场景中被使用。

非加密哈希算法设计的核心是快速和高效，在处理大量数据时表现出色。然而，由于其安全性较低，容易受到以下攻击：

  • 暴力破解：通过穷举法逐一尝试可能的输入，找到与特定哈希值匹配的输入。
  • 冲突攻击：由于哈希值空间有限，可能存在不同的输入产生相同的哈希值，从而引发冲突。

论证分析

哈希算法的选择在很大程度上取决于具体的应用场景和安全需求。对于需要高安全性的数据保护和完整性验证场景，选择加密哈希算法是必须的。SHA-2、SHA-3等加密哈希算法能够提供强大的防碰撞、防篡改和数据完整性保障，广泛应用于数字签名、证书颁发、区块链等领域。

然而，在某些应用中，性能和效率比安全性更为重要。例如，在大数据处理、哈希表实现和数据校验等场景中，选择非加密哈希算法可以显著提高处理速度和效率。MurMurHash3和CRC32在这些场景中表现出色，能够满足高性能要求。

在实际应用中，平衡安全性和性能是关键。对于密码存储和敏感数据保护，使用加密哈希算法并结合加盐技术可以显著提高安全性，防止暴力破解和彩虹表攻击。而对于对性能要求高的场景，可以选择非加密哈希算法，但应注意其安全性限制，避免在需要高安全性的场景中使用。

总之，根据具体需求选择合适的哈希算法，既能确保数据安全，又能满足性能要求，是设计和实现安全系统的重要原则。

此外，还有一些特殊的哈希算法，例如安全性更高的慢哈希算法。

如何提升密码安全性

MD5 + Salt

为了增加破解难度，可以使用加盐（Salt）技术。盐（Salt）是一种通过在密码中加入特定的随机字符串，使得哈希后的结果不同于使用原始密码的哈希结果的技术。加盐的主要目的是增加密码哈希值的唯一性，即使不同用户选择了相同的密码，也会因为使用了不同的盐而得到不同的哈希值。

为什么需要加盐

  1. 防止彩虹表攻击：彩虹表是一种预计算哈希值的查找表，攻击者可以通过查找表快速找到密码的明文。通过为每个密码加盐，可以有效防止攻击者使用彩虹表进行攻击，因为每个加盐后的密码都会生成独特的哈希值，使得彩虹表无效。
  2. 增强唯一性：即使多个用户选择了相同的密码，加盐后的哈希值也会不同，增加了破解难度。例如，两个用户都选择了密码"password123"，加盐后的哈希值会因为盐的不同而完全不同。
  3. 防止相同密码被重复利用：在数据库泄露的情况下，如果没有加盐，攻击者可以很容易地识别出使用相同密码的用户。而加盐后，即使密码相同，也无法通过哈希值识别出来。

加盐的具体实现

静态盐（Fixed Salt）

在这种方法中，使用一个固定的盐值对所有密码进行加盐。这种方法虽然简单，但存在一定的安全风险。如果攻击者知道或猜到了固定的盐值，就可以针对固定盐值构建彩虹表，从而破解密码。

String fixedSalt = "fixedSaltValue";
String saltedPassword = fixedSalt + password;
String hash = hashFunction(saltedPassword);
动态盐（Dynamic Salt）

动态盐是为每个用户生成一个独特的盐值，并将盐值与密码一起存储。这种方法大大增加了密码的安全性，因为即使攻击者获得了哈希值，他们仍然需要知道每个用户的盐值才能进行破解。

String dynamicSalt = generateRandomSalt();
String saltedPassword = dynamicSalt + password;
String hash = hashFunction(saltedPassword);
// 将盐值与哈希值一起存储
storeSaltAndHash(dynamicSalt, hash);
混合盐（Combined Salt）

混合盐结合了固定盐和动态盐的优点，即每个密码都使用固定盐和动态盐的组合。这种方法进一步增加了破解的难度，即使攻击者知道固定盐，他们仍然需要知道每个用户的动态盐。

String fixedSalt = "fixedSaltValue";
String dynamicSalt = generateRandomSalt();
String saltedPassword = fixedSalt + dynamicSalt + password;
String hash = hashFunction(saltedPassword);
// 将动态盐与哈希值一起存储
storeSaltAndHash(dynamicSalt, hash);

MD5 加盐的不足

尽管加盐可以增加破解难度，但MD5算法本身存在弱碰撞（Collision）问题，即不同的输入可能产生相同的MD5值。此外，MD5的计算速度较快，这使得攻击者可以在短时间内进行大量哈希运算，通过暴力破解或生成彩虹表找到原始密码。因此，即使加盐也不能完全解决MD5的安全问题。

选择更安全的哈希算法

为了进一步提升密码的安全性，建议使用更安全的哈希算法和加盐技术。例如，SHA-

256 或 bcrypt 算法具有更高的安全性，并且在设计上考虑了防止暴力破解和哈希碰撞的问题。

// 使用 SHA-256 算法加盐
String salt = generateRandomSalt();
String saltedPassword = salt + password;
String hash = sha256(saltedPassword);
// 将盐值与哈希值一起存储
storeSaltAndHash(salt, hash);

// 使用 bcrypt 算法加盐
String saltedHash = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt());
// 将盐值与哈希值一起存储
storeHash(saltedHash);

总结

综上所述，在实际项目中，使用MD5算法加密密码存在较大的安全风险，不推荐使用。可以通过加盐技术增加密码哈希的唯一性，但MD5算法本身的弱碰撞问题和计算速度较快的问题无法解决。因此，建议使用更安全的哈希算法，如SHA-256、bcrypt等，结合加盐技术，来提升密码的安全性，防止暴力破解和哈希碰撞等攻击手段。