2022年发现SHA1碰撞有多容易？

Posted 2022-05-02 mutourend

1. 引言

随着硬件如GPU/CPU/ASIC的进步，当今实现SHA1碰撞的难度有多大？

2017年2月，阿姆斯特丹CWI研究所和谷歌实现了SHA1碰撞。

为实现SHA1碰撞，需要：

• 总计900万兆（即百万的五次幂，具体为9,223,372,036,854,775,808）次SHA1计算。
• 要完成攻击的首个阶段需要单一CPU计算6500年。
• 要完成攻击的第二阶段需要单一GPU计算110年。

虽然这些数字看似非常巨大，但SHA-1破坏性攻击的速度仍然较暴力破解攻击快10万倍，这意味着前者确实具有可行性。

不同机器SHA1运算性能对比：【即意味着通过合作Bitcoin miner可在1秒内实现SHA1碰撞，而Summit需要约1天的时间。】

不同GPU SHA1运算性能对比为：

分别以三种型号GPU为例：

相应的成本开销为：

根据Hashcat benchmarks可知，当前Nvidia GPU计算SHA-1的hash rate为：

• NVIDIA GeForce RTX 3090 ~22.6×109 hashes per second
• NVIDIA GeForce RTX 3080 Ti ~21.7×109 hashes per second

根据AMD Radeon RX 6800 XT (reference) Hashcat Benchmarks 可知，AMD GPU的性能也基本相当：

• SHA-1 Speed.#1…: 20.6×109

考虑到期MSRP价格为约$649，AMD RX 6800 XT似乎是进行SHA-1攻击的最佳设备。

根据2017年Shattered网站和论文可知：

• 进行SHA1 SHAttered攻击需要 9,223,372,036,854,775,808 $\approx 2^{63}$次 SHA1 运算。采用单CPU需要6500年，采用单GPU需要110年。

2020年SHA-1 is a Shambles∗ First Chosen-Prefix Collision on SHA-1 and Application to the PGP Web of Trust 论文 进一步改进了SHAttered攻击，相比于之前的$2^{63}$次运算，提升为了仅需$2^{61.6}=3.5\times 10^{18}$次SHA-1运算。

若采用单个AMD GPU，需要约：
$\frac{2^{61.6}}{20.6\times 10^9}\approx 169\times 10^6$
秒，约5.36年来实现SHAttered攻击。但是，可并行计算，增加为10个GPU可缩短为6个月，增加为30个GPU缩短为2个月。若为30个GPU，运行2个月，GPU理论成本约为$19470，电力成本约为$2000。

若租3个hash rate约为135GH/s的AWS p3.16xlarge instance，每个instance每小时成本约为$24.48，则每小时405GH/s的成本为$73.44，总共需要约2397.12小时（约3个月），总成本约为$176044。

随着GPU技术的发展，从2017~2022约5年的时间，进行SHA-1 SHAttered攻击由约110 GPU years缩短为约5.4 GPU years。

此外，注意，借助ASIC集群，成本约数百万美金，SHA-1的chosen-prefix碰撞可在1分钟内实现。从而可对使用SHA-1的TLS或SSH链接进行SLOTH攻击。

而如果借助超级计算机和比特币网络，速度将更快：
比特币网络当前的hashrate超过200TH/s，可在1秒内实现SHA1碰撞。不过，比特币网络的硬件是定制为计算SHA-256哈希运算的。借助US Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory (ORNL) 名为Summit的超级计算机，实现SHA1碰撞约需要1天。

参考资料

[1] How easy is it in 2022 to find a SHA1 collision?
[2] How reassuring is 64-bit (in)security?
[3] 谷歌首次成功实现SHA-1碰撞攻击
[4] Google宣布攻破SHA-1，从此SHA-1不再安全！