02.慢哈希

1. 什么是慢哈希？

慢哈希（或称为适应性哈希、密码哈希函数）是一种故意设计为计算密集型且耗时的哈希算法。它的主要目标不是为了快速生成数据指纹（像文件完整性校验那样），而是为了显著增加攻击者破解哈希密码所需的时间和计算资源。

2. 为什么要使用慢哈希？

传统的哈希算法（如 MD5 或 SHA-256）设计得非常快，每秒可以计算数百万甚至数十亿次。这对于文件完整性校验是优点，但对于密码存储来说却是巨大的安全漏洞：

  • 暴力破解 (Brute-Force Attacks)：如果攻击者获取了您的哈希密码数据库，他们可以利用传统哈希算法的计算速度优势，每秒尝试数十亿个密码猜测，并迅速匹配哈希值，从而破解大量密码。
  • 彩虹表攻击 (Rainbow Table Attacks)：攻击者可以预先计算大量常用密码及其哈希值，制作成“彩虹表”。如果密码的哈希值在表中，可以直接查表获得明文密码。

2.1. 慢哈希通过以下方式对抗这些攻击：

  • 增加计算成本 (Cost Factor)：慢哈希算法允许您配置一个“成本因子”（或迭代次数），通过增加计算步骤（如重复哈希、复杂的内存操作等）来人为地减慢哈希过程。这意味着每次哈希计算都需要更多的 CPU 时间和/或内存。
  • 对抗暴力破解：即使攻击者拥有强大的硬件，由于单个哈希计算所需时间长，他们每秒能尝试的密码数量会大大减少，从而使得暴力破解变得不切实际。
  • 对抗彩虹表：慢哈希算法通常会结合使用盐值 (Salt)。盐值是一串随机数据，在哈希密码时会与用户密码混合。每个用户的盐值都是唯一的，并与哈希值一起存储。这意味着即使两个用户设置了相同的密码，它们的哈希值也会因为盐值的不同而不同。这使得攻击者无法预先计算彩虹表，因为每个哈希值都需要针对其独特的盐值进行单独计算。

3. 常见的慢哈希算法：

  • bcrypt：最早的也是最广泛使用的慢哈希算法之一，基于 Blowfish 加密算法。它允许调整成本因子（迭代次数）。
  • scrypt：由 Colin Percival 开发，旨在抵抗 ASIC（专用集成电路）和 GPU 暴力破解，因为它不仅需要大量的计算时间，还需要大量的内存。
  • Argon2：是 2015 年密码哈希竞赛的获胜者，被认为是目前最安全和最推荐的密码哈希算法。它提供了灵活的参数调整，可以控制计算时间、内存消耗和并行度，以适应不同的安全需求和硬件环境。

4. 总结

在现代 Web 应用和系统中，存储用户密码时绝不能使用快速哈希算法（如 MD5、SHA-1、SHA-256），而必须使用慢哈希算法（如 bcrypt、scrypt 或 Argon2），并且要结合唯一盐值来哈希密码。这大大提高了即使在数据库泄露的情况下，用户密码的安全性。