Bcrypt 加密算法原理

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Published: 2024年6月21日

概要: 本页博客概述了 Bcrypt 加密算法，包括其优点以及用于hash和验证密码的 Golang 代码演示。

MD5算法

MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种广泛应用的哈希函数，于1991年由罗纳德·李维斯特（Ronald Rivest）设计。它将任意长度的数据输入（通常是字符串）转化为一个128位（16字节）长的哈希值（散列值），也称为消息摘要。这一哈希值通常用32位十六进制数表示。

过程

填充数据： 在数据末尾进行填充，使数据长度满足长度是512的倍数。这是通过在数据末尾添加一个 "1" 位，后跟若干个 "0" 位，直到数据长度正好满足512比特块的要求。最后添加一个64位的整数，表示填充前的原始数据长度。
初始化 MD5 缓冲区： 初始化四个32位的缓冲区，分别为A、B、C、D。其初始值是固定的。
处理每个512位的数据块：

◦ 分配64轮变换，每一轮使用一个非线性函数，对当前数据块和缓冲区的值进行处理。

◦ 在每一轮中，这些缓冲区值将彼此混合，并与当前处理的512位数据块中的32位子块相加。
输出： 经过所有数据块的处理后，缓冲区 A、B、C、D 中的值合并起来，形成最终的128位哈希值。

缺陷

虽然 MD5 在设计时是作为一种快速、高效的哈希算法，但是在安全性上有一些缺陷：

碰撞攻击： 研究表明，攻击者可以在可用的计算时间内找到两个不同的输入，使它们产生相同的哈希值（称为碰撞）。
不适合密码学应用： 由于碰撞攻击的存在，MD5 已经被认为不适合用于保密性要求很高的任务，比如数字签名和安全认证。
存在快速碰撞算法： 有研究表明，可以通过特定的算法快速生成使得MD5哈希值相同的两个不同的数据块。

不可逆的MD5为什么是不安全的？

因为hash算法是固定的，所以同一个字符串计算出来的hash串是固定的，所以，可以采用如下的方式进行破解。

暴力枚举法：简单粗暴地枚举出所有原文，并计算出它们的哈希值，看看哪个哈希值和给定的信息摘要一致。
字典法：黑客利用一个巨大的字典，存储尽可能多的原文和对应的哈希值。每次用给定的信息摘要查找字典，即可快速找到碰撞的结果。
彩虹表（rainbow）法：在字典法的基础上改进，以时间换空间。是现在破解哈希常用的办法。

Bcrypt算法

Bcrypt 是专为密码哈希设计的算法，其目的是提供一种更加安全的存储方式来保护用户密码。Bcrypt 是由 Niels Provos 和 David Mazieres 基于 Blowfish 加密算法设计的密码哈希算法，专注于抵抗暴力破解和彩虹表攻击。

Bcrypt 的优势

可调节的计算强度： Bcrypt 允许设置一个“工作因子”（cost factor），这个因子决定了哈希计算的复杂度。随着计算能力的提升，你可以增加工作因子来增强哈希的安全性。
盐值（Salt）： Bcrypt 自动生成一个盐值，并将其加入到每个密码哈希中，防止预计算攻击（例如，彩虹表攻击）。
抗击硬件加速攻击： 由于 Bcrypt 的设计和计算复杂性，它可以有效地防止 ASIC 和 GPU 等硬件加速器的大规模并行暴力破解。

工作原理

加密流程

生成盐值： 为每个密码哈希生成一个独特的盐值。这个盐值通常是 128-bit。
加入盐值： 将盐值与密码组合起来，以确保相同的密码每次生成的哈希值都是不同的。
哈希计算： 通过设定的工作因子，通过多轮变换来计算哈希值。每轮的计算都会消耗一定的时间，这在抵御暴力破解时显得尤为重要。
输出格式： Bcrypt 的输出是以 $ 符号分隔的字符串，包括版本信息、工作因子、盐值和最终的哈希值。

验证流程

获取存储的哈希密码： 从数据库中获取的哈希密码为 stored_hashed_password。
使用 Bcrypt 的校验函数进行比对：

◦ Bcrypt 自动从存储的哈希密码中提取盐值和工作因子。

◦ Bcrypt 使用提取的盐值和工作因子，对用户输入的密码进行哈希计算。

◦ 将计算出的哈希值与存储的哈希值进行比较。
返回校验结果： 如果计算出的哈希值与存储的哈希值匹配，则表示密码正确；否则，密码不正确。

Golang代码示范

在 Go 语言中，可以使用 golang.org/x/crypto/bcrypt 包来进行 Bcrypt 密码哈希和验证。

加密（哈希）密码

go
package main

import (
    "fmt"
    "golang.org/x/crypto/bcrypt"
)

func main() {
    // 用户输入的密码
    password := "my_password"

    // 哈希密码，使用成本因子 14（可以根据需求调整）
    hashedPassword, err := bcrypt.GenerateFromPassword([]byte(password), bcrypt.DefaultCost)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error hashing password:", err)
        return
    }

    // 输出哈希密码（存储在数据库中）
    fmt.Println("Hashed Password:", string(hashedPassword))
}

验证密码

go
package main

import (
    "fmt"
    "golang.org/x/crypto/bcrypt"
)

func main() {
    // 用户输入的原始密码
    password := "my_password"

    // 从数据库中获取的存储的哈希密码
    storedHashedPassword := "$2a$10$.7u0Y17IZEUw3pswrIXISeBgk.EKQdxGvU31H3yMRolDyyl/T4wKG" // 示例哈希密码，需要替换为实际存储的值

    // 验证密码
    err := bcrypt.CompareHashAndPassword([]byte(storedHashedPassword), []byte(password))
    if err != nil {
        fmt.Println("Password is incorrect.")
    } else {
        fmt.Println("Password is correct.")
    }
}

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