理解php Hash函数，增强密码安全

1.声明
密码学是一个复杂的话题，我也不是这方面的专家。许多高校和研究机构在这方面都有长期的研究。在这篇文章里，我希望尽量使用简单易懂的方式向你展示一种安全存储web程序密码的方法。


2.“hash”是做什么的？
“hash将一段数据（小数据或大数据）转换成一段相对短小的数据，如字符串或整数。”

这是依靠单向h石灰吟古诗翻译ash函数来完成的。所谓单向是指很难（或者是实际上不可能）将其反转回来。一个常见的hash函数的例子是md5()，它流行于各种计算机语言和系统。


复制代码 代码如下:

$data = “hello world”;

$hash = md5($data);

echo $hash; // b10a8db164e0754105b7a99be72e3fe5

使用md5()运算出来的结果总是32个字符的字符串，不过它只包含16进制的字符，从技术上来说它也可以用128位（16字节）的整形数来表示。你可以使用md5()来处理很长的字符串和数据，但是你始终得到的是一个固定长度的hash值联想笔记本数字键盘，这也可能可以帮助你理解为什么这个函数是“单向”的。


3.使用hash函数来存储密码
典型的用户注册过程：

用户填写注册表单，其中包含密码字段；

程序将所有用户填写的信息存储到数据库中；

然而密码在存储到数据库前通过hash函数加密处理；

原始的密码不再存储在任何地方，或者说它被丢弃了。

用户登录过程：

用户输入用户名和密码；

程序将密码通过以注册相同的hash函数进行加密；

程序从数据库查到用户，并读取hash后的密码；

程序比较用户名和密码，如果匹配则给用户授权。

如何选择合适的方法来加密密码，我们将在文章的后面讨论这个问题。


4.问题1：hash碰撞
hash碰撞是指对两个不同的内容进行hash得到了相同的hash值。发生hash碰撞的可能性取决于所用的hash算法。

如何产生？

举个例子，一些老式程序使用crc32()来hash密码，这种算法产生一个32位的整数作为hash结果，这意味着只有2^32 (即4,294,967,296) 种可能的输出结果。

让我们来hash一个密码：


复制代码 代码如下:

echo crc32(‘supercretpassword’);

// outputs: 323322056

现在我们假设一个人窃取了数据库，得到了hash过的密码。他可能不能将323322056还原为‘supercretpassword’，然而他可以找到另一个密码，也能被hash出同样的值。这只需要一个很简单的程序：


复制代码 代码如下:

t_time_limit(0);

$i = 0;

while (true) {

if (crc32(ba64_encode($i)) == 323322056) {

echo ba64_encode($i);

exit;

}

$i++;

}

这个程序可能需要运行一段时间，但是最终它能返回一个字符串。我们可以使用这个字符串来代替‘supercretpassword’，并使用它成功的登录使用该密码的用户帐户。

比如在我的电脑上运行上面的程序几个月后，我得到了一个字符串：‘mtixmjy5mtawng==’。我们来测试一下：


复制代码 代码如下:

echo crc32(‘supercretpassword’);

// outputs: 323322056

echo crc32(‘mtixmjy5mtawng==’);

// outputs: 323322056

如何解决？
现在一个稍强一点的家用pc机就可以一秒钟运行十亿次hash函数，所以我们需要一个能产生更大范围的结果的hash函数。比如md5()就更合适一些，它可以产生128位的hash值，也就是有340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456种可能的 输出。所以人们一般不可能做那么多次循环来找到hash碰撞。然而仍然有人找到方法来做这件事情，详细可以查看例子。

sha1()是一个更好的替代方案，因为它产生长达160位的hash值。


5.问题2：彩虹表
即使我们解决了碰撞问题，还是不够安全。

“彩虹表通过计算常用的词及它们的组合的hash值建立起来的表。”

这个表可能存储了几百万甚至十亿条数据。现在存储已经非常的便宜，所以可以建立非常大的彩虹表。

现在我们假设一个人窃取了数据库，得到了几百万个hash过的密码。窃取者可以很容易地一个一个地在彩虹表中查找这些hash值，并得到原始密码。虽然不是所有的hash值都能在彩虹表中找到，但是肯定会有能找到的。


如何解决？
我们可以尝试给密码加点干扰，比如下面的例子：


复制代码 代码如下:

$password = “easypassword”;

// this may be found in a rainbow table

// becau the password contains 2 common words

echo sha1($password); // 6c94d3b42518febd4ad747801d50a8972022f956

// u bunch of random characters, and it can be longer than this

$salt = “f#@v)hu^%hgfds”;

// this will not be found in any pre-built rainbow table

echo 竹林七贤是指哪七个人sha1($salt . $password); // cd56a16759623378628c0d9336af69b74d9d71a5

在这里我们所做的只是在每个密码前附加上一个干扰字符串后进行hash，只要附加的字符串足够复杂，hash后的值肯定是在预建的彩虹表中找不到的。不过现在还是不够安全。


6.问题3：还是彩虹表
注意，彩虹表可能在窃取到干拢字符串后重头开始建立。干扰字符串一样也可能被和数据库一起被窃取，然后他们可以利用这个干扰字符串从头开始创建彩虹表，如“easypassword”的hash值可能在普通的彩虹表中存在，但是在新建的彩虹表里，“f#@v)hu^%hgfdasypassword”的hash值也会存在。

如何解决？

我们可以对每个用户使用唯一的干扰字符串。一个可用的方案就是使用用户在数据库中的id：


复制代码 代码如下:

$hash = sha1($ur_id . $password);

这种方法的前提是用户的id是一个不变的值（一般应用都是这样的）

我们也可以为每个用户随机生成一串唯一的干扰字符串，不过我们也需要将这个串存储起来：


复制代码 代码如下:

// generates a 22 character long random string

function unique_salt() {

return substr(sha1(mt_rand()),0,22);

}

$unique_salt = unique_salt();

$hash = sha1($unique_salt . $password);

// and save the $unique_salt with the ur record

// …

这种方法就防止了我们受到彩虹表的危害，因为每一个密码都使用一个不同的字符串进行了干扰。攻击者需要创建和密码数量一样的彩虹表，这是很不切实际的。


7.问题4：hash速度
大部分hash算法在设计时就考虑了速度问题，因为它一般用来计算大数据或文件的hash值，以验证数据的正确性和完整性。

如何产生？

如前所述，现在一台强劲的pc机可以一秒运算数十亿次，很容易用暴力破解法去尝试每个密码。你可能会以为8个以上字符的密码就可以避免被暴力破解了，但是让我们来看看是否真是这样：

如果密码可以包含小写字母，大写字母和数字，那就有62（26+26+10）个字符可选；

一个8位的密码有62^8种可能组合，这个数字略大于218万亿。

以一秒钟运算10亿次hash值的速度计算，这只需要60小时就可以解决。

对于一个6位的密码，也是很常用的密码，只需要1分钟就可以破解。要求9到10位的密码可能会比较安全了，不过这样有的用户可能会觉得很麻烦。

如何解决？

使用慢一点的hash函数。

“假设你使用一个在相同硬件条件下一秒钟只能运行100万次的算法来代替一秒10亿次的算法，那么攻击者可能需要要花1000倍的时间来做暴力破解，60小只将会变成7年！”

你可以自己实现这种方法：


复制代码 代码如下:

function myhash($password, $unique_salt) {

$salt = “f#@v)hu^%hgfds”;

$hash = sha1($unique_salt . $password);

// make it take 1000 times longer

for ($i = 0; $i < 1000; $i++) {

$hash = sha1($hash);

}

return $hash;

}

你也可以使用一个支持“成本参数”的算法，比如 blowfish。在php中可以用crypt()函数实现：


复制代码 代码如下:

function myhash($password, $unique_salt) {

// the salt for blowfish should be 22 characters long

return crypt($password, ‘$2a$10.$unique_salt’);

}

这个函数的第二个参数包含了由”$”符号分隔的几个值。第一个值是“$2a”，指明应该使用blowfish算法。第二个参数“$10”在这里就是成本参数，这是以2为底的对数，指示计算循环迭代的次数（10 => 2^10 = 1024），取值可以从04到31。

举个例子：


复制代码 代码如下:

function myhash($password, $unique_salt) {

return crypt($password, ‘$2a$10.$unique_salt’);

}

function unique_salt() {

return substr(sha1(mt_rand()),0,22);

}

$password = “verycret”;

echo myhash($password, unique_salt());

// result: $2a$10$dfda807d832b094184faeu1elwhtr2xhtuvs3r9j1nfrgbcudcczc

结果的hash值包含$2a算法，成本参数$10，以及一个我们使用的22位干扰字符串。剩下的就是计算出来的hash值，我们来运行一个测试程序：


复制代码 代码如下:

// assume this was pulled from the databa

$hash = ‘$2a$10$dfda807d832b094184faeu1elwhtr2xhtuvs3r9j1nfrgbcudcczc’;

// assume this is the password the ur entered to log back in

$password = “verycret”;

if (check_password($hash, $password)) {

echo “access granted!”;

} el {

echo “access denied!”;

}

function check_password($hash, $password) {

// first 29 characters include algorithm, cost and salt

// let’s call it $full_salt

$full_salt = substr($hash, 0, 29);

// run the hash function on $password

$new_hash = crypt($password, $full_salt);

// returns true or fal

return ($hash == $new_hash);

}

运行它，我们会看到”access granted!”


8.整合起来
根据以上的几点讨论，我们写了一个工具类：


复制代码 代码如下:

class passhash {

// blowfish

private static $algo = ‘$2a’;

// cost parameter

privat企业团队建设e static $cost = ‘$10’;

// mainly for internal u

public static function unique_salt() {

return substr(sha1(mt_rand()),0,22);

}

// this will be ud表达方式及其作用 to generate a hash

public static function hash($password) {

return crypt($password,

lf::$algo .

lf::$cost .

‘$’. lf::unique_salt());

}

// this will be ud to compare a password against a hash

public static function check_password($hash, $password) {

$full_salt = substr($hash, 0, 29);

$new_hash = crypt($password, $full_salt);

return ($hash == $new_hash);

}

}

以下是注册时的用法：


复制代码 代码如下:

// include the class

require (“passhash.php”);

// read all form input from $_post

// …

// do your regular form validation stuff

// …

// hash the password

$pass_hash = passhash::hash($_post[‘password’]);

// store all ur info in the db, excluding $_post[‘password’]

// store $pass_hash instead

// …

以下是登录时的用法：


复制代码 代码如下:

// include the class

require (“passhash.php”);

// read all form input from $_post

// …

// fetch the ur record bad on $_post[‘urname’] or similar

// …

// check the password the ur tried to login with

if (passhash::check_password($ur[‘pass_hash’], $_post[‘password’]) {

// grant access

// …

} el {

// deny access

// …

}

9.加密是否可用
并不是所有系统都支持blowfish加密算法，虽然它现在已经很普遍了，你可以用以下代码来检查你的系统是否支持：


复制代码 代码如下:

if (crypt_blowfish == 1) {

echo “yes”;

} el {

echo “no”;

}

不过对于php5.3，你就不必担心这点了，因为它内置了这个算法的实现。


结论

通过这种方法加密的密码对于绝大多数web应用程序来说已经足够安全了。不过不要忘记你还是可以让用户使用安全强度更高的密码，比如要求最少位数，使用字母，数字和特殊字符混合密码等。