接口数据: 如何安全传输存储

Posted 2022-01-19 琦彦

文章目录

• 如何安全传输存储用户密码
• • **如何安全传输**
  • • **https 协议**
    • • http的三大风险
      • https 原理
      • **https一定安全吗？**
    • **对称加密算法**
    • **非对称加密算法**
  • 如何安全地存储
  • • **1、直接明文保存**
    • **2、使用对称加密算法来保存**
    • **3、使用MD5、SHA1等单向HASH算法保护密码**
    • **4、特殊的单向HASH算法**
    • **5、PBKDF2算法**
    • **6、bcrypt、scrypt等算法**
  • 用户密码解密方式
• 加解密算法
• • DES算法
  • • java版本
  • AES算法
  • Bcrypt加密算法
  • • java版本

如何安全传输存储用户密码

我们开发网站或者APP的时候，首先要解决的问题，就是**「如何安全传输和存储用户的密码」**。一些大公司的用户数据库泄露事件也时有发生，带来非常大的负面影响。因此，如何安全传输存储用户密码，是每位程序员必备的基础。本文将跟大家一起学习，如何安全传输存储用户的密码。

• 一般使用https 协议 + 非对称加密算法（如RSA）来传输用户密码，为了更加安全，可以在前端构造一下随机因子哦。
• 使用BCrypt + 盐存储用户密码。
• 在感知到暴力破解危害的时候，**「开启短信验证、图形验证码、账号暂时锁定」**等防御机制来抵御暴力破解。

如何安全传输

要拒绝用户密码在网络上裸奔，我们很容易就想到使用https协议，那先来回顾下https相关知识吧~

https 协议

http的三大风险

为什么要使用https协议呢？**「http它不香」**吗? 因为http是明文信息传输的。如果在茫茫的网络海洋，使用http协议，有以下三大风险：

• 窃听/嗅探风险：第三方可以截获通信数据。
• 数据篡改风险：第三方获取到通信数据后，会进行恶意修改。
• 身份伪造风险：第三方可以冒充他人身份参与通信。

如果传输不重要的信息还好，但是传输用户密码这些敏感信息，那可不得了。所以一般都要使用**「https协议」**传输用户密码信息。

https 原理

https原理是什么呢？为什么它能解决http的三大风险呢？

https = http + SSL/TLS, SSL/TLS 是传输层加密协议，它提供内容加密、身份认证、数据完整性校验，以解决数据传输的安全性问题。

为了加深https原理的理解，我们一起复习一下**「一次完整https的请求流程」**吧~

1. 客户端发起https请求
2. 服务器必须要有一套数字证书，可以自己制作，也可以向权威机构申请。这套证书其实就是一对公私钥。
3. 服务器将自己的数字证书（含有公钥、证书的颁发机构等）发送给客户端。
4. 客户端收到服务器端的数字证书之后，会对其进行验证，主要验证公钥是否有效，比如颁发机构，过期时间等等。如果不通过，则弹出警告框。如果证书没问题，则生成一个密钥（对称加密算法的密钥，其实是一个随机值），并且用证书的公钥对这个随机值加密。
5. 客户端会发起https中的第二个请求，将**加密之后的客户端密钥(随机值)**发送给服务器。
6. 服务器接收到客户端发来的密钥之后，会用自己的私钥对其进行非对称解密，解密之后得到客户端密钥，然后用客户端密钥对返回数据进行对称加密，这样数据就变成了密文。
7. 服务器将加密后的密文返回给客户端。
8. 客户端收到服务器发返回的密文，用自己的密钥（客户端密钥）对其进行对称解密，得到服务器返回的数据。

https一定安全吗？

https的数据传输过程，数据都是密文的，那么，使用了https协议传输密码信息，一定是安全的吗？其实**「不然」**~

• 比如，https 完全就是建立在证书可信的基础上的呢。但是如果遇到中间人伪造证书，一旦客户端通过验证，安全性顿时就没了哦！平时各种钓鱼不可描述的网站，很可能就是黑客在诱导用户安装它们的伪造证书！
• 通过伪造证书，https也是可能被抓包的哦。

对称加密算法

既然使用了https协议传输用户密码，还是**「不一定安全」，那么，我们就给用户密码「加密再传输」**呗~

加密算法有**「对称加密」和「非对称加密」两大类。用哪种类型的加密算法「靠谱」**呢？

对称加密：加密和解密使用**「相同密钥」**的加密算法。

常用的对称加密算法主要有以下几种哈：

如果使用对称加密算法，需要考虑**「密钥如何给到对方」**，如果密钥还是网络传输给对方，传输过程，被中间人拿到的话，也是有风险的哦。

非对称加密算法

再考虑一下非对称加密算法呢？

❝**「非对称加密：」** 非对称加密算法需要两个密钥（公开密钥和私有密钥）。公钥与私钥是成对存在的，如果用公钥对数据进行加密，只有对应的私钥才能解密。 ❞

常用的非对称加密算法主要有以下几种哈：

❝如果使用非对称加密算法，也需要考虑**「密钥公钥如何给到对方」，如果公钥还是网络传输给对方，传输过程，被中间人拿到的话，会有什么问题呢？「他们是不是可以伪造公钥，把伪造的公钥给客户端，然后，用自己的私钥等公钥加密的数据过来？」** 大家可以思考下这个问题哈~ ❞

如何安全地存储

用户密码保存到数据库时，常见的加密方式有哪些，我们该采用什么方式来保护用户的密码呢？以下几种方式是常见的密码保存方式：

1、直接明文保存

比如用户设置的密码是“123456”，直接将“123456”保存在数据库中，这种是最简单的保存方式，也是最不安全的方式。但实际上不少互联网公司，都可能采取的是这种方式。推荐阅读：[2019 年 10 个最烂的密码]

2、使用对称加密算法来保存

比如3DES、AES等算法，使用这种方式加密是可以通过解密来还原出原始密码的，当然前提条件是需要获取到密钥。不过既然大量的用户信息已经泄露了，密钥很可能也会泄露，当然可以将一般数据和密钥分开存储、分开管理，但要完全保护好密钥也是一件非常复杂的事情，所以这种方式并不是很好的方式。

3、使用MD5、SHA1等单向HASH算法保护密码

使用这些算法后，无法通过计算还原出原始密码，而且实现比较简单，因此很多互联网公司都采用这种方式保存用户密码，曾经这种方式也是比较安全的方式，但随着彩虹表技术的兴起，可以建立彩虹表进行查表破解，目前这种方式已经很不安全了。

用户密码+盐之后，进行哈希散列，再保存到数据库。这样可以有效应对彩虹表破解法。但是呢，使用加盐，需要注意一下几点：

• 不能在代码中写死盐，且盐需要有一定的长度（盐写死太简单的话，黑客可能注册几个账号反推出来）
• 每一个密码都有独立的盐，并且盐要长一点，比如超过 20 位。(盐太短，加上原始密码太短，容易破解)
• 最好是随机的值，并且是全球唯一的，意味着全球不可能有现成的彩虹表给你用。

4、特殊的单向HASH算法

由于单向HASH算法在保护密码方面不再安全，于是有些公司在单向HASH算法基础上进行了加盐、多次HASH等扩展，这些方式可以在一定程度上增加破解难度，对于加了“固定盐”的HASH算法，需要保护“盐”不能泄露，这就会遇到“保护对称密钥”一样的问题，一旦“盐”泄露，根据“盐”重新建立彩虹表可以进行破解，对于多次HASH，也只是增加了破解的时间，并没有本质上的提升。

5、PBKDF2算法

该算法原理大致相当于在HASH算法基础上增加随机盐，并进行多次HASH运算，随机盐使得彩虹表的建表难度大幅增加，而多次HASH也使得建表和破解的难度都大幅增加。

使用PBKDF2算法时，HASH算法一般选用sha1或者sha256，随机盐的长度一般不能少于8字节，HASH次数至少也要1000次，这样安全性才足够高。一次密码验证过程进行1000次HASH运算，对服务器来说可能只需要1ms，但对于破解者来说计算成本增加了1000倍，而至少8字节随机盐，更是把建表难度提升了N个数量级，使得大批量的破解密码几乎不可行，该算法也是美国国家标准与技术研究院推荐使用的算法。

6、bcrypt、scrypt等算法

这两种算法也可以有效抵御彩虹表，使用这两种算法时也需要指定相应的参数，使破解难度增加。

即使是加了盐，密码仍有可能被暴力破解。因此，我们可以采取更**「慢一点」**的算法，让黑客破解密码付出更大的代价，甚至迫使他们放弃。提升密码存储安全的利器~Bcrypt，可以闪亮登场啦。

实际上，Spring Security 已经废弃了 MessageDigestPasswordEncoder，推荐使用BCryptPasswordEncoder，也就是BCrypt来进行密码哈希。BCrypt 生而为保存密码设计的算法，相比 MD5 要慢很多。

下表对比了各个算法的特性：

用户密码解密方式

用户密码解密需要针对具体的加密方式来实施，如果使用对称加密，并且算法足够安全（比如AES），必须获取到密钥才能解密，没有其它可行的解密方式。

如果采用HASH算法（包括特殊HASH），一般使用彩虹表的方式来破解，彩虹表的原理是什么呢？

我们先来了解下如何进行HASH碰撞。推荐阅读：为什么要重写 hashcode 和 equals 方法？

单向HASH算法由于不能进行解密运算，只能通过建表、查表的方式进行碰撞，即将常用的密码及其对应的HASH值全计算出来并存储，当获取到HASH值是，直接查表获取原始密码，假设用MD5算法来保护6位数字密码，可以建如下表：

全表共100W条记录，因为数据量不大，这种情况建表、查表都非常容易。但是当密码并不是6位纯数字密码，而是数字、大小写字母结合的10位密码时，建立一个这样的表需要（26+26+10）^ 10 ≈ 83亿亿（条记录），存储在硬盘上至少要占用2000W TB的空间，这么大的存储空间，成本太大，几乎不可行。有什么办法可以减少存储空间？一种方法是“预计算哈希链”，“预计算哈希链”可以大幅减少HASH表的存储空间，但相应的增加了查表时的计算量，其原理大致如下：

建表过程如下：

先对原始数据“000000”进行一次HASH运算得到“670B1E”，再对HASH值进行一次R运算，R是一个定制的算法可以将HASH值映射到明文空间上（这里我们的明文空间是000000~999999），R运算后得到“283651”，再对“283651”进行hash运算得到“1A99CD”，然后在进行R运算得到“819287”，如此重复多次，得到一条哈希链。然后再选用其它原始数据建立多条哈希链。最终仅将链头和链尾保存下来，中间节点全都去掉。

查表过程：假设拿到了一条HASH值“670B1E”，首先进行一次R运算，得到了“283651”，查询所有链尾是否有命中，如果没有，则再进行一次HASH、一次R，得到了“819287”，再次所有链尾，可以得到看出已经命中。

这样我们就可以基本确认“670B1E”对应的明文就在这条链上，然后我们把这条链的生成过程进行重新计算，计算过程中可以发现“000000”的HASH值就是“670B1E”，这样就完成了整个查表过程。这种表就是“预计算哈希链”。这种方式存在一个问题，多条链之间可能存在大量的重复数据，如下图所示：

为了解决这个问题，我们将R算法进行扩展，一条链上的多次R运算采用不同的算法,如下图：

一条链上的每个R算法都不一样，就像彩虹的每层颜色一样，因此取名的为彩虹表。

当然彩虹表除了可以用户破解HASH算法外，理论上还可以用于破解对称加密算法，比如DES算法，由于DES算法密钥比较短，建立彩虹表破解是完全可行的；但对于AES算法，由于密钥比较长，建表几乎不可行（需要耗时N亿年）。

三、小结

采用PBKDF2、bcrypt、scrypt等算法可以有效抵御彩虹表攻击，即使数据泄露，最关键的“用户密码”仍然可以得到有效的保护，黑客无法大批量破解用户密码，从而切断撞库扫号的根源。

当然，对于已经泄露的密码，还是需要用户尽快修改密码，不要再使用已泄露的密码。

加解密算法

DES算法

java版本

https://blog.csdn.net/fly910905/article/details/8174463

AES算法

https://github.com/FLY-Open-DevOps/AES-Encryption-Classes

Bcrypt加密算法

java版本

https://github.com/spring-projects/spring-security/blob/main/crypto/src/main/java/org/springframework/security/crypto/bcrypt/BCrypt.java