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存储密码——要做对
发表日期:2004-01-30作者:ern[] 出处:  

作者:Christoph Wille

英文翻译:Bernhard Spuida

日期:2004/01/05

在很多(如果不说几乎所有的话)Web应用(从Web论坛到Web商店)中,管理着用户数据。这些用户数据包括除用户名外还含有密码的用户登录信息,并且是纯文本的。一个安全漏洞!

为什么存储用户名和密码为纯文本是一个安全漏洞呢?那么,想象一个骇客通过OS或服务器软件错误获得了系统访问权,并能够看到用户数据库。现在他就知道了任何用户的名字和密码,他可以登录为一个“真正”的用户并用那个用户的权限为所欲为,在Web商店订货到在论坛上“角色暗杀”(character assassination)。而你是管理员……

怎么消除这个安全威胁呢?数十年前就有一个被证明安全有效的方法来存放密码:在UNIX中,用户密码被存储为所谓的“salted hashes”。

何谓“salted hashes”

哈希是一个不等的标识任意长度文件的定长数值。哈希算法的一个例子是SHAI。读者现在可能想说将密码存放为一个哈希值是不够的,但为什么呢?

这是因为总是有所谓的“字典攻击”来破坏哈希化密码(Hashed password)。一个很好的例子就是NT4的MD5哈希化密码。这是一种暴力攻击:字典中的所有项目用MD5哈希计算后将结果与密码数据库比对。猜猜这样的话密码有多快被发现?

Salted Hash的目的就是在每个密码后面添加随机值(称为salt),然后才计算密码和salt的哈希值,以此防范上述类型的攻击。为了比对密码,salt必须和salted hash存放在一起。但只有攻击的vector才会为每一个保存的密码和salt对字典重新编码,这可要消耗大量时间。

如前所述,我们现在要存放三个域——用户名、salt和密码的salted hash,而不是用户名和密码了。我还提到当这些数据落到骇客手中时,他将无法用典型的攻击方法,而很可能转向其他更容易攻击点的受害者了。

有一点要记住:现在无法发送“密码提醒”的电邮了——能做的只是为用户生成并发送一个新的密码。由于这里发生过很多错误,我们从生成真正随机密码的.NET代码开始。

生成密码——要做对!

整个类是在一个(C# ASP.NET)社区项目中和另一位AspHeute作者Alexander Zeitler共同创建的。这个例子同样碰到了如何生成好密码并正确存储的问题。

为这个目的,我们创建了类Password,并有以下方法。

namespace DotNetGermanUtils

{

 public class Password

 {

  public Password(string strPassword, int nSalt)

  public static string CreateRandomPassword(int PasswordLength)

  public static int CreateRandomSalt()

  public string ComputeSaltedHash()

 }

}

生成一个新密码的方法是静态的,我们可以设定生成的密码长度。

  public static string CreateRandomPassword(int PasswordLength)

  {

   String _allowedChars = "abcdefghijkmnopqrstuvwxyzABCDEFGHJKLMNOPQRSTUVWXYZ23456789";

   Byte[] randomBytes = new Byte[PasswordLength];

   RNGCryptoServiceProvider rng = new RNGCryptoServiceProvider();

   rng.GetBytes(randomBytes);

   char[] chars = new char[PasswordLength];

   int allowedCharCount = _allowedChars.Length;

   for(int i = 0;i<PasswordLength;i++)

   {

    chars[i] = _allowedChars[(int)randomBytes[i] % allowedCharCount];

   }

   return new string(chars);

  }

这里的原理和文章Generating a secure password (德文) 中的ASP解决方法是类似的,不过我们在这里添加了些特别之处:我们用加密的安全随机数来从“数组”_allowedChars中挑选密码的字符。类RNGCryptoServiceProvider在文章Unbreakable Encryption Using One Time Pads (英文) 中讨论过。

这样,我们生成了可用作用户初始密码的真正随机密码——现在只需要一个salt了。

我们创建一个salt

  public static int CreateRandomSalt()

  {

   Byte[] _saltBytes = new Byte[4];

   RNGCryptoServiceProvider rng = new RNGCryptoServiceProvider();

   rng.GetBytes(_saltBytes);

   return ((((int)_saltBytes[0]) << 24) + (((int)_saltBytes[1]) << 16) +

    (((int)_saltBytes[2]) << 8) + ((int)_saltBytes[3]));

  }

创建了一个四字节的salt(一个整数,以方便在数据库表中的存储)。这个salt和生成的密码组成了计算salted hash的基础。

计算Salted Hash

对Salted Hash的计算是操作两个由构造器设置的成员变量的一个实例方法。

  public class Password

 {

  private string _password;

  private int _salt;

  public Password(string strPassword, int nSalt)

  {

   _password = strPassword;

   _salt = nSalt;

  }

这样,方法ComputeSaltedHash只返回salted hash并不接受任何参数。计算哈希值是利用有名的SHAI算法。

public string ComputeSaltedHash()

  {

   // Create Byte array of password string

   ASCIIEncoding encoder = new ASCIIEncoding();

   Byte[] _secretBytes = encoder.GetBytes(_password);

   

   // Create a new salt

   Byte[] _saltBytes = new Byte[4];

   _saltBytes[0] = (byte)(_salt >> 24);

   _saltBytes[1] = (byte)(_salt >> 16);

   _saltBytes[2] = (byte)(_salt >> 8);

   _saltBytes[3] = (byte)(_salt);

   // append the two arrays

   Byte[] toHash = new Byte[_secretBytes.Length + _saltBytes.Length];

   Array.Copy(_secretBytes, 0, toHash, 0, _secretBytes.Length);

   Array.Copy(_saltBytes, 0, toHash, _secretBytes.Length, _saltBytes.Length);

   SHA1 sha1 = SHA1.Create();

   Byte[] computedHash = sha1.ComputeHash(toHash);

   return encoder.GetString(computedHash);

  }

现在我们有了所有需要的函数,接着来用这个类。

日常使用的类Password

我创建了一个小例子来演示一个新密码的创建、一个新salt和最终的salted hash。

using System;

using DotNetGermanUtils;

namespace HashPassword

{

 class TestApplication

 {

  [STAThread]

  static void Main(string[] args)

  {

   // Generate a new random password string

   string myPassword = Password.CreateRandomPassword(8);

   // Debug output

   Console.WriteLine(myPassword);

   // Generate a new random salt

   int mySalt = Password.CreateRandomSalt();

   // Initialize the Password class with the password and salt

   Password pwd = new Password(myPassword, mySalt);

   // Compute the salted hash

   // NOTE: you store the salt and the salted hash in the datbase

   string strHashedPassword = pwd.ComputeSaltedHash();

   // Debug output

   Console.WriteLine(strHashedPassword);

  }

 }

}

以下几点非常重要:为每个用户生成一个新的salt。若两个用户凑巧选择了同一个密码,两个账户的salted hash仍然会是不同的。

源代码显示了新密码和salt的创建,当用户试图登录时,如下:

// retrieve salted hash and salt from user database, based on username

...

Password pwd = new Password(txtPassword.Text, nSaltFromDatabase);

if (pwd.ComputeSaltedHash() == strStoredSaltedHash)

{

  // user is authenticated successfully

}

else

{

...

基本上这和普通的用户名/密码实现没什么分别,但即使服务器端的密码数据落入未经授权的第三方手中,数据也更为安全。

结论

我们这里演示的类可以加入你自己的.NET项目中——直接在C#项目中或作为其他编程语言的一个程序集。从现在开始,不安全的密码储存再没有其他借口了。

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