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一、用户密码加密

用户密码保存到数据库时，常见的加密方式有哪些，我们该采用什么方式来保护用户的密码呢？以下几种方式是常见的密码保存方式：

① 直接明文保存，比如用户设置的密码是“123456”，直接将“123456”保存在数据库中，这种是最简单的保存方式，也是最不安全的方式。但实际上不少互联网公司，都可能采取的是这种方式。

② 使用对称加密算法来保存，比如3DES、AES等算法，使用这种方式加密是可以通过解密来还原出原始密码的，当然前提条件是需要获取到密钥。不过既然大量的用户信息已经泄露了，密钥很可能也会泄露，当然可以将一般数据和密钥分开存储、分开管理，但要完全保护好密钥也是一件非常复杂的事情，所以这种方式并不是很好的方式。

③ 使用MD5、SHA1等单向HASH算法保护密码，使用这些算法后，无法通过计算还原出原始密码，而且实现比较简单，因此很多互联网公司都采用这种方式保存用户密码，曾经这种方式也是比较安全的方式，但随着彩虹表技术的兴起，可以建立彩虹表进行查表破解，目前这种方式已经很不安全了。

④ 特殊的单向HASH算法，由于单向HASH算法在保护密码方面不再安全，于是有些公司在单向HASH算法基础上进行了加盐、多次HASH等扩展，这些方式可以在一定程度上增加破解难度，对于加了“固定盐”的HASH算法，需要保护“盐”不能泄露，这就会遇到“保护对称密钥”一样的问题，一旦“盐”泄露，根据“盐”重新建立彩虹表可以进行破解，对于多次HASH，也只是增加了破解的时间，并没有本质上的提升。

⑤ PBKDF2算法，该算法原理大致相当于在HASH算法基础上增加随机盐，并进行多次HASH运算，随机盐使得彩虹表的建表难度大幅增加，而多次HASH也使得建表和破解的难度都大幅增加。使用PBKDF2算法时，HASH算法一般选用sha1或者sha256，随机盐的长度一般不能少于8字节，HASH次数至少也要1000次，这样安全性才足够高。一次密码验证过程进行1000次HASH运算，对服务器来说可能只需要1ms，但对于破解者来说计算成本增加了1000倍，而至少8字节随机盐，更是把建表难度提升了N个数量级，使得大批量的破解密码几乎不可行，该算法也是美国国家标准与技术研究院推荐使用的算法。

⑥ bcrypt、scrypt等算法，这两种算法也可以有效抵御彩虹表，使用这两种算法时也需要指定相应的参数，使破解难度增加。

下表对比了各个算法的特性：

二、用户密码破解

用户密码破解需要针对具体的加密方式来实施，如果使用对称加密，并且算法足够安全（比如AES），必须获取到密钥才能解密，没有其它可行的破解方式。

如果采用HASH算法（包括特殊HASH），一般使用彩虹表的方式来破解，彩虹表的原理是什么呢？我们先来了解下如何进行HASH碰撞。单向HASH算法由于不能进行解密运算，只能通过建表、查表的方式进行碰撞，即将常用的密码及其对应的HASH值全计算出来并存储，当获取到HASH值是，直接查表获取原始密码，假设用MD5算法来保护6位数字密码，可以建如下表：

全表共100W条记录，因为数据量不大，这种情况建表、查表都非常容易。但是当密码并不是6位纯数字密码，而是数字、大小写字母结合的10位密码时，建立一个这样的表需要（26+26+10）^ 10 ≈ 83亿亿（条记录），存储在硬盘上至少要占用2000W TB的空间，这么大的存储空间，成本太大，几乎不可行。有什么办法可以减少存储空间？一种方法是“预计算哈希链”，“预计算哈希链”可以大幅减少HASH表的存储空间，但相应的增加了查表时的计算量，其原理大致如下：

建表过程：

先对原始数据“000000”进行一次HASH运算得到“670B1E”，再对HASH值进行一次R运算，R是一个定制的算法可以将HASH值映射到明文空间上（这里我们的明文空间是000000~999999），R运算后得到“283651”，再对“283651”进行hash运算得到“1A99CD”，然后在进行R运算得到“819287”，如此重复多次，得到一条哈希链。然后再选用其它原始数据建立多条哈希链。最终仅将链头和链尾保存下来，中间节点全都去掉。

查表过程：假设拿到了一条HASH值“670B1E”，首先进行一次R运算，得到了“283651”，查询所有链尾是否有命中，如果没有，则再进行一次HASH、一次R，得到了“819287”，再次所有链尾，可以得到看出已经命中。这样我们就可以基本确认“670B1E”对应的明文就在这条链上，然后我们把这条链的生成过程进行重新计算，计算过程中可以发现“000000”的HASH值就是“670B1E”，这样就完成了整个查表过程。这种表就是“预计算哈希链”。这种方式存在一个问题，多条链之间可能存在大量的重复数据，如下图所示：

为了解决这个问题，我们将R算法进行扩展，一条链上的多次R运算采用不同的算法,如下图：

一条链上的每个R算法都不一样，就像彩虹的每层颜色一样，因此取名的为彩虹表。

当然彩虹表除了可以用户破解HASH算法外，理论上还可以用于破解对称加密算法，比如DES算法，由于DES算法密钥比较短，建立彩虹表破解是完全可行的；但对于AES算法，由于密钥比较长，建表几乎不可行（需要耗时N亿年）。

三、总结

采用PBKDF2、bcrypt、scrypt等算法可以有效抵御彩虹表攻击，即使数据泄露，最关键的“用户密码”仍然可以得到有效的保护，黑客无法大批量破解用户密码，从而切断撞库扫号的根源。当然，对于已经泄露的密码，还是需要用户尽快修改密码，不要再使用已泄露的密码。