Java编码准则の ＃13使用散列函数保存password

Posted 2020-09-30 mfmdaoyou

     明文保存password的程序在非常多方面easy造成password的泄漏。尽管用户输入的password一般时明文形式。可是应用程序必须保证password不是以明文形式存储的。

     限制password泄漏危急的一个有效的方法是使用散列函数。它使得程序中能够间接的对用户输入的password和原来的password进行比較，而不须要保存明文或者对password进行解密后比較。这种方法使password泄漏的风险降到最低，同一时候没有引入其它缺点。

［加密散列函数］

     散列函数产生的值称为哈希值或者消息散列，散列函数是计算可行函数，但反过来是计算不可行的。其实，password能够被编码为一个哈希值，但哈希值不能被解码成相应的password。两个password是否同样，能够通过推断它们的哈希值是否相等。

     一个好的实践是对明文加盐之后再进行哈希值的计算。

盐是一个唯一的序列或者随机生成的数据片段。通常和哈希值一起存放。盐的作用是防止哈希值的暴力破解，前提是盐足够长以产生足够的熵（长度较短的盐值不足以减少暴力攻击的速度）。

每一个password必须有自己的唯一的盐，假设多个password共用同一个盐的话。两个用户可能会有同样的password。

     散列函数和盐的长度的选择是安全和性能的一个均衡。

选择强度高的散列函数以增强暴力破解的难度的同一时候，也会添加password验证的时间。增强盐的长度能够增大暴力破解的难度，但同一时候会添加额外的存储空间。

     Java的MessageDigest类提供了多种加密散列函数的实现。但要避免使用有缺陷的散列函数，比如MD5。而像SHA-1和SHA-2之类由美国国家安全局维护的散列函数，眼下是安全的。实践中。非常多应用使用SHA-256散列函数。由于这个函数兼顾了性能和安全。

［不符合安全要求的代码演示样例］

     以下的代码使用对称加密算法对存储在password.bin文件里的密码进行加密和解密操作。

public final class Password {

	private void setPassword(byte[] pass) throws Exception {
		// arbitrary encryption scheme
		byte[] encryted = encrypt(pass);
		clearArray(pass);
		
		// encrypted password to password.bin
		saveBytes(encrypted, "password.bin");
		clearArray(encrypted);
	}
	
	boolean checkPassword(byte[] pass) throws Exception {
		// load the encrypted password
		byte[] encrypted = loadBytes("password.bin");
		byte[] decrpyted = decrypt(encrypted);
		boolean arraysEqual = Arrays.equals(decrypted, pass);
		clearArray(decrypted);
		clearArray(pass);
		return arraysEqual;
	}
	
	private void clearArray(byte[] a) {
		for (int i=0; i<a.length; ++i) {
			a[i] = 0;
		}
	}
}

     攻击者可能对上述bin文件进行解密。然后获得password，尤其当攻击者知道程序中使用的密钥和加密方式时。

password甚至必须不让系统管理员或者特权用户知道。

因此，使用加密方式对防止password泄漏危急的作用有限。

［不符合安全的代码演示样例］

     以下代码基于MessageDigest类使用SHA-256散列函数来对照字符串。而不是使用明文。但它使用的是String对象来存储password。

public final class Password {

	private void setPassword(String pass) throws Exception {
		byte[] salt = generateSalt(12);
		MessageDigest msgDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
		// encode the string and salt
		byte[] hashVal = msgDigest.digest((pass + salt).getBytes());
		saveBytes(salt, "salt.bin");
		// save the hash value to password.bin
		saveBytes(hashVal, "password.bin");
	}
	
	boolean checkPassword(String pass) throws Exception {
		byte[] salt = loadBytes("salt.bin");
		MessageDigest msgDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
		// encode the string and salt
		byte[] hashVal1 = msgDigest.digest((pass + salt).getBytes());
		// load the hash value stored in password.bin
		byte[] hashVal2 = loadBytes("password.bin");
		return Arrays.equals(hashVal1, hashVal2);
	}
	
	private byte[] generateSalt(int n) {
		// generate a random byte array of length n
	}
}

     即使攻击者知道程序使用SHA-256散列函数和12字节的盐，他还是不能从password.bin和salt.bin中获取获取真实的密码。

     尽管上面的代码攻克了password被解密的问题，可是这段代码使用String对象来存放明文的password，因此。可參见“＃00限制敏感数据的生命周期”进行改进。

［符合安全要求的解决方式］

     以下的代码使用byte数组来存储明文password。

public final class Password {

	private void setPassword(byte[] pass) throws Exception {
		byte[] salt = generateSalt(12);
		byte[] input = appendArrays(pass, salt);
		MessageDigest msgDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
		// encode the string and salt
		byte[] hashVal = msgDigest.digest(input);
		clearArray(pass);
		clearArray(input);
		saveBytes(salt, "salt.bin");
		
		// save the hash value to password.bin
		saveBytes(hashVal, "password.bin");
		clearArray(salt);
		clearArray(hashVal);
	}
	
	boolean checkPassword(byte[] pass) throws Exception {
		byte[] salt = loadBytes("salt.bin");
		byte[] input = appendArrays(pass, salt);
		MessageDigest msgDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
		// encode the string and salt
		byte[] hashVal1 = msgDigest.digest(input);
		clearArray(pass);
		clearArray(input);
		
		// load the hash value stored in password.bin
		byte[] hashVal2 = loadBytes("password.bin");
		boolean arraysEqual = Arrays.equals(hashVal1, hashVal2);
		clearArray(hashVal1);
		clearArray(hashVal2);
		return arraysEqual;
	}
	
	private byte[] generateSalt(int n) {
		// generate a random byte array of length n
	}
	
	private byte[] appendArray(byte[] a, byte[] b) {
		// return a new array of a[] appended to b[]
	}
	
	private void clearArray(byte[] a) {
		for (int i=0; i<a.length; ++i) {
			a[i] = 0;
		}
	}
}

     在setPassword()和checkPassword()函数中，明文password在使用后马上清空。

因此，攻击者在明文password清空后必须花费很多其它精力才干获取明文password。提供有保证的password清空是极具挑战的，它可能是平台相关的，甚至可能因为复制垃圾回收／动态分页／其它执行在Java语言之下的平台机制而变得不可行。

［适用性］

     没有经过安全散列运算就进行存储的passwordeasy被非法的用户获取到。违背本条约将导致程序easy被非法利用。

像password管理器这种应用程序可能须要取得原始password并将其填写到第三方应用中。这一点是同意的，即使它违背了本条约。password管理器是由单一用户訪问的，并且通常是经过用户许可的才干够保存用户的password。同一时候依据要求进行password的展示。

因此，安全的决定因素取决于用户个人的能力而非程序的功能。

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