为啥 Spring boot Security Basic Authentication 慢？

Posted 2023-02-27

【中文标题】为啥 Spring boot Security Basic Authentication 慢？

【英文标题】：Why is Spring boot Security Basic Authentication slow?为什么 Spring boot Security Basic Authentication 慢？

【发布时间】：2019-01-17 12:51:14

【问题描述】：

我有一个 Spring boot 2.0.1 服务，我添加了使用 BCrypt 进行散列的基本身份验证。但是这项服务在添加基本身份验证之前平均需要 400 毫秒，现在需要超过 1 秒。我正在使用用户详细信息服务，它在哈希映射中查找发送的用户名并返回用户详细信息。我尝试将 BCrypt 轮数减少到 4，但这并没有太大的区别。

之前我启用了无状态身份验证，后来我将其禁用，但性能仍然很差。此服务托管在 Docker 容器中。

以下是我的安全配置。

@EnableWebSecurity
@EnableGlobalMethodSecurity(prePostEnabled = true)
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter 

    private UserDetailsService userDetailsService;

    @Autowired
    public SecurityConfig(UserDetailsServiceImpl service) 
        this.userDetailsService = service;
    

    @Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() 
        Map encoders = new HashMap<>();
        encoders.put(BCRYPT_ID, new BCryptPasswordEncoder(BCRYPT_ROUNDS));
        return new DelegatingPasswordEncoder(BCRYPT_ID,encoders);
    


    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception 

        http.cors()
            .and()
            .csrf().disable()
            .httpBasic();
    

    @Autowired
    public void configureGlobal(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception 

        auth.userDetailsService(userDetailsService)
            .passwordEncoder(passwordEncoder());
    

如果我遗漏了什么，请告诉我。

更新：我运行了基准测试，看起来 BCrypt 编码器使应用程序变慢。我发现一些 Stack Overflow 的答案讨论 BCrypt 哈希计算是一个阻塞调用。

关于硬件：服务主机有Intel Xeon E5，16GB内存。它托管 4 个 Spring boot 服务，每个服务分配 2 GB 运行在 Docker 容器内。

【问题讨论】：

您是否对您的应用程序进行了基准测试？你知道哪里它很慢吗？说“我有一个非常复杂的黑匣子。我在另一个非常复杂的黑匣子中运行它。我正在另一个非常复杂的黑匣子中运行它。”对人们提供体面的答案没有帮助。看看one provided - 这基本上是一个没有根据的猜测。

同意。我运行了基准测试并更新了问题。

BCrypt 应该很慢。因此，如果是 BCrypt 让事情变慢，那么这就是预期的行为。

我遇到了这个 SO 问题：***.com/questions/36471723/…您认为这是预期行为还是 Spring 安全 BCrypt 实现问题？

@BoristheSpider 另外，我尝试使用 SCrypt 编码器代替 BCrypt，它的平均性能为 300 毫秒，而 BCrypt 为 1000 毫秒。从我读到现在的内容来看，SCrypt 虽然是最近才出现的，但它是一个很好的散列算法。所以只是想知道 SCrypt 是否旨在提供良好的性能和安全性？

【参考方案1】：

所以在搜索了很多关于BCrypt编码和解码的信息后，我终于找到了保持spring boot项目性能的解决方案，而不会因BCrypt编码和解码造成大的延迟。

所以 BCrypt 散列算法适用于某些轮次。您在 BCrypt 编码中使用的轮数越多，您的项目将消耗更多的空间和内存来进行编码和解码（密码）。

话虽如此，我还想提一下，您在编码密码时使用的轮数越多，它就越安全。

我们大多数人会使用下面这些代码行在我们的代码中生成密码凭证

BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(16); // here no of rounds is 16
String result = encoder.encode("password");
system.out.println("encoded password" + result );

这个java代码用来生成BCrypt编码密码的轮数是16，太高了。有助于平衡时间、内存和安全性的标准整数是 10。

所以如果我们必须在下面的 BCrypt 编码中更改轮数是你需要设置的

BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(10);

当我使用 16 轮时，我需要 6 秒才能通过基本身份验证访问服务（编码和解码 BCrypt 密码平均需要 3 到 4 秒）

当我使用 10 发子弹时，我能够在 1 到 1.5 秒之间的平均时间内击中服务

没有您应该选择的标准回合数。您应该在应用程序中使用性能方面可容忍的最大轮数。轮数是一个减速因素，你使用它是基于在正常使用情况下，这样的减速对你的影响可以忽略不计（用户不会看到，额外的 CPU 成本并不意味着购买更大的服务器，并且很快）。这在很大程度上取决于操作环境：涉及哪些机器，每秒有多少用户身份验证......所以没有一刀切的响应。

【参考方案2】：

前段时间，我在为客户处理项目时遇到了与服务器相同的问题。 我用 jvisualvm 分析了服务。结果真的很清楚：

我使用 jmeter 向我的服务的 api 发出 5000 个请求。我还为每次测量重新启动服务，并在每次测量前运行 5000 个样本来预热 JIT 编译器。

我的结果是这样的：

Samples     |    avg [ms]|    min [ms]|    max [ms]| throughput [requests/s]
------------+------------+------------+------------+------------------------
    5000    |         125|          71|         363|                    78.1    
------------+------------+------------+------------+------------------------

我分析的服务是一个非常简单的数据访问服务，它只是通过 REST 接口提供对数据库的访问。因此，我可以通过我的 jmeter 测试了解 bcrypt 的影响有多大。

然后我使用不同的密码编码器（如 MD5、SHA-256、bcrypt、scrypt 和 pbkdf2）运行多个 jmeter 测试。

以下是我的一些测量结果，可能有助于您做出决定或进行进一步调查：

algorithm   |    avg [ms]|    min [ms]|    max [ms]| throughput [requests/s]
------------+------------+------------+------------+------------------------
MD5         |           5|           1|          61|                    1443    
------------+------------+------------+------------+------------------------
SHA-256     |           5|           2|          34|                    1464    
------------+------------+------------+------------+------------------------
bcrypt      |         125|          71|         363|                    78.1    
------------+------------+------------+------------+------------------------
scrypt      |         122|          54|        1232|                    79.2    
------------+------------+------------+------------+------------------------
pbkdf2      |         833|         421|        1606|                      12    
------------+------------+------------+------------+------------------------

我分析的服务没有暴露在互联网上。它在安全的网络区域中运行，性能比安全更为关键。所以我们决定使用 SHA-256 而不是 bcrypt。

我认为：

如果性能和安全性很重要：选择最安全的算法并设计您的服务，使其可以通过添加更多机器来扩展。 如果性能比安全更重要：选择对您的要求足够快的算法。在我的例子中是 SHA-256。

但你应该始终努力实现 1。

我展示的测量值应该被解释为相对的，而不是被视为绝对值。

PS： 我知道最好执行单独测试加密 api 的性能测试，而不是通过服务的 REST 接口测试它们，但我还没有时间设置这种测试。希望我将来有更多的时间来调查它，如果是这样，我会回来更新这个答案。

【讨论】：

感谢您的信息！在您的测试中为 BCrypt 设置了多少轮哈希（强度）？是 Spring Boot 的标准 10 还是一些自定义值？

【参考方案3】：

您正在创建一个BCryptPasswordEncoder 实例，但没有传递SecureRandom。所以每次当你encode 你的密码BCrypt 都会创建一个SecureRandom 的新实例（这是一个CPU 密集型操作，需要生成盐）。可以查看BCrypt.class源代码。

public static String gensalt(int log_rounds) 
    return gensalt(log_rounds, new SecureRandom());


public static String gensalt() 
    return gensalt(10);


public static String gensalt(int log_rounds, SecureRandom random) 
    ...

还有BCryptPasswordEncoder.class

    if (this.random != null) 
        salt = BCrypt.gensalt(this.strength, this.random);
     else 
        salt = BCrypt.gensalt(this.strength);
    

所以使用public BCryptPasswordEncoder(int strength, SecureRandom random) 构造函数，但请记住，每次创建SecureRandom 实例比一直使用同一个实例更安全。

【讨论】：

不确定在使用 BCrypt 方面有哪些好的做法。到目前为止，我看到的所有文档都没有明确提供 Secure Random。

@Ketan 这个建议可能影响不大，但不会影响 BCrypt 的安全性，所以请随意尝试。

作为附加说明。安全哈希算法必须很慢，因为这种缓慢可以防止暴力攻击。

【参考方案4】：

较慢的哈希函数不会对可用性产生很大影响，但可以更好地防止暴力攻击。

https://security.stackexchange.com/questions/150620/what-is-the-purpose-of-slowing-down-the-calculation-of-a-password-hash