本文介绍了使用 BCrypt、Argon2 和 PBKDF2 等现代算法在 Java 中进行安全密码哈希，并通过加盐和计算强度来提高安全性。
在数字安全领域，密码哈希是防止未经授权访问的关键防线。然而，哈希算法的格局已经发生了重大变化，一些方法已经过时，新的更安全的技术出现了。本文探讨了为什么传统的方法如SHA-512不再足够，盐值和减缓哈希过程的重要性，并提供了现代密码哈希技术的实用Java代码示例。
对于密码哈希的不足之处
SHA-512是SHA-2系列的一部分，是一种加密哈希函数，曾经是保护密码的标准。然而，由于以下原因，它现在被认为不适合用于密码哈希：
速度：SHA-512设计成快速的。不幸的是，这使得它容易受到暴力破解攻击的威胁，攻击者可以快速尝试数百万个密码组合。
缺乏盐值：虽然SHA-512本身没有包含盐值，但通常在实现时没有加入盐值，使其容易受到彩虹表攻击的威胁。
盐值的关键作用
盐值是在哈希之前向每个密码添加一个随机字符串。这种做法可以防止使用预先计算的哈希表破解密码的彩虹表攻击。通过确保每个密码哈希是唯一的，盐值有效地消除了这种威胁。
减缓哈希过程
现代密码哈希算法有意地减慢哈希过程以阻止攻击。这种方法通过增加计算和时间资源来破解每个密码，使得暴力破解攻击变得不切实际。以下是它们实现这一目标的方式：
1. 计算密集型哈希
多次迭代：这些算法对哈希函数进行多次迭代（数千次或数百万次）。每次迭代都需要一定的处理时间。例如，如果单个SHA-256哈希只需花费几毫秒的时间，那么为每个密码重复这个过程数千次将显著增加总体计算时间。
可调节的工作因子：在像BCrypt这样的算法中，有一个工作因子或成本参数，确定哈希循环运行的次数。随着硬件速度变快，可以增加这个因子，确保哈希过程不会变得太快。
2. 内存密集型操作
增加内存使用：某些算法（例如Argon2）旨在除了CPU资源之外还使用大量内存。这使得攻击者难以使用GPU或自定义硬件并行化攻击，因为这些设备每个处理单元可用的高速内存通常有限。
3. 内置盐值
每个密码的唯一盐：现代哈希方法会自动生成每个密码的唯一盐。盐是在哈希之前添加到密码的随机值。这意味着即使两个用户使用相同的密码，它们的哈希值也会不同。盐值还可以防止使用预先计算的哈希表（彩虹表）来反向破解哈希值。
对不同类型攻击的有效性
暴力破解攻击：这些算法的时间和资源消耗使得暴力破解攻击（尝试每个可能的密码组合）变得不切实际，特别是对于强密码。
彩虹表攻击：由于每个密码哈希都使用唯一的盐值进行加密，预先计算的哈希表变得无用。
定制硬件攻击：内存和处理要求使得攻击者更难以负担和使用专门的硬件（如ASIC或GPU）来加速破解过程。
现实世界的影响
合法用户体验：对于合法用户，在登录或账户创建过程中，这些哈希算法所花费的额外时间（通常仅为几分之一秒）可以忽略不计。
攻击者体验：对于试图破解密码的攻击者来说，这段时间会迅速累积。以前可能需要几天的破解时间，在现代算法下可能需要数年时间，从而使得暴力破解攻击对于强密码变得不切实际。
现代密码哈希技术
1. BCrypt
BCrypt是一种广泛使用的哈希算法，它可以自动处理盐值，并有意地减慢哈希过程以阻止暴力破解攻击。
示例：
import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;
public class BCryptHashing {
public static String hashPassword(String password) {
BCryptPasswordEncoder passwordEncoder = new BCryptPasswordEncoder();
return passwordEncoder.encode(password);
}
}2. Argon2
Argon2是2023年密码哈希竞赛的获胜者，它提供可定制的抵御GPU和基于内存的攻击。
示例：
import org.bouncycastle.crypto.generators.Argon2BytesGenerator;
import org.bouncycastle.crypto.params.Argon2Parameters;
public class Argon2Hashing {
public static String hashPassword(String password) {
// 生成Argon2参数的实际值
int parallelism = 2; // 使用2个线程
int memory = 65536; // 使用64MB内存
int iterations = 3; //运行3次迭代
int hashLength = 32; // 生成一个32字节（256位）的哈希
Argon2BytesGenerator generator = new Argon2BytesGenerator();
Argon2Parameters.Builder builder = new Argon2Parameters.Builder(Argon2Parameters.ARGON2_id)
.withSalt(salt) // 需要生成一个盐值
.withParallelism(parallelism) // 并行因子：默认为1
.withMemoryAsKB(memory) // 内存成本：使用64MB的内存
.withIterations(iterations); // 迭代次数：运行3次迭代
generator.init(builder.build());
byte[] result = new byte[hashLength];
generator.generateBytes(password.toCharArray(), result);
return Base64.getEncoder().encodeToString(result);
}
}3. PBKDF2
PBKDF2（基于密码的密钥派生函数2）是RSA实验室的PKCS系列的一部分，旨在具有计算复杂性，提供可调节的迭代次数以增强安全性。
示例：
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Base64;
public class PBKDF2Hashing {
public static String hashPassword(String password) throws Exception {
SecureRandom random = new SecureRandom();
byte[] salt = new byte[16];
random.nextBytes(salt);
KeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, 65536, 256);
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
byte[] hash = factory.generateSecret(spec).getEncoded();
return Base64.getEncoder().encodeToString(hash);
}
}4. SHA-512 with Salt (Not Recommended)
尽管SHA-512存在漏洞，但了解它对于学习目的还是有意义的。
示例：
import java.security.MessageDigest;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;
public class SHA512Hashing {
public static String hashWithSalt(String password) throws Exception {
SecureRandom random = new SecureRandom();
byte[] salt = new byte[16];
random.nextBytes(salt);
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-512");
md.update(salt);
byte[] hashedPassword = md.digest(password.getBytes());
return Base64.getEncoder().encodeToString(hashedPassword);
}
}密码哈希验证
要使用任何哈希算法验证密码，通常的做法是使用与创建原始密码哈希时相同的算法和参数（例如盐值、迭代次数等）对输入密码进行哈希。然后，将新生成的哈希与存储的哈希进行比较。但是，对于像BCrypt、Argon2和PBKDF2这样的算法，通常可以使用内置函数来简化比较过程。
我们来看一下每个算法在Java代码中如何验证密码：
1. 使用BCrypt验证密码
BCrypt有一个内置方法用于验证密码。
示例：
import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;
public class BCryptHashing {
public static boolean verifyPassword(String inputPassword, String storedHash) {
BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder();
return encoder.matches(inputPassword, storedHash);
}
}2. 使用Argon2验证密码（使用Bouncy Castle库）
对于Argon2，您需要存储用于最初哈希密码的盐值和其他参数。然后，使用这些参数对输入密码进行哈希，并将其与存储的哈希进行比较。
示例：
import org.bouncycastle.crypto.generators.Argon2BytesGenerator;
import org.bouncycastle.crypto.params.Argon2Parameters;
import java.util.Base64;
public class Argon2Hashing {
public static boolean verifyPassword(String inputPassword, String storedHash, byte[] salt, int parallelism, int memory, int iterations, int hashLength) {
Argon2BytesGenerator generator = new Argon2BytesGenerator();
Argon2Parameters.Builder builder = new Argon2Parameters.Builder(Argon2Parameters.ARGON2_id)
.withSalt(salt)
.withParallelism(parallelism)
.withMemoryAsKB(memory)
.withIterations(iterations);
generator.init(builder.build());
byte[] result = new byte[hashLength];
generator.generateBytes(inputPassword.toCharArray(), result);
String newHash = Base64.getEncoder().encodeToString(result);
return newHash.equals(storedHash);
}
}3. 使用PBKDF2验证密码
与Argon2类似，您需要存储用于原始哈希的盐值和其他参数。
示例：
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Base64;
public class PBKDF2Hashing {
public static boolean verifyPassword(String inputPassword, String storedHash, byte[] salt, int iterationCount, int keyLength) throws Exception {
KeySpec spec = new PBEKeySpec(inputPassword.toCharArray(), salt, iterationCount, keyLength);
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
byte[] hash = factory.generateSecret(spec).getEncoded();
String newHash = Base64.getEncoder().encodeToString(hash);
return newHash.equals(storedHash);
}
}4. 使用SHA-512验证密码
对于SHA-512，您必须存储用于哈希的盐值。然后，使用相同的盐值对输入密码进行哈希，并比较哈希值。
示例：
import java.security.MessageDigest;
import java.util.Base64;
public class SHA512Hashing {
public static boolean verifyPassword(String inputPassword, String storedHash, byte[] salt) throws Exception {
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-512");
md.update(salt);
byte[] hashedInputPassword = md.digest(inputPassword.getBytes());
String newHash = Base64.getEncoder().encodeToString(hashedInputPassword);
return newHash.equals(storedHash);
}
}重要注意事项：
- 对于BCrypt、Argon2和PBKDF2，当可用时务必使用它们各自的库方法进行验证，因为这些方法会安全地处理比较过程。
- 对于SHA-512以及其他没有内置验证方法的哈希算法，确保实现安全的比较以避免时序攻击。
- 始终安全地存储盐值，并在需要时存储其他参数（如迭代次数）与哈希密码一起。
跨语言和框架的应用情况：
BCrypt
支持的语言包括JavaScript/Node.js、Python、Java、Ruby、PHP、C#/.NET、Go
支持的框架包括Spring Security、Ruby on Rails、Django、Express。
Argon2支持
语言包括C、Python、JavaScript/Node.js、PHP、Ruby、Java、Rust
框架包括Laravel、Symfony、Phoenix。
PBKDF2
支持的语言包括Java、Python、C#/.NET、Ruby、PHP、JavaScript/Node.js、Go
支持的框架包括Spring Framework、ASP.NET、Django。
选择合适的算法：
- 安全需求：Argon2提供了最高的安全性，特别是对抗GPU攻击，但需要更复杂的配置。
- 兼容性和传统系统：PBKDF2得到广泛支持，可能是需要遵守特定标准或传统兼容性的系统的选择。
- 平衡和易用性：BCrypt在安全性和性能之间提供了良好的平衡，易于实现，并得到了许多框架和语言的广泛支持。
结论
随着网络威胁的不断演变，我们保护敏感信息的方法也必须跟进。采用现代密码哈希技术，如BCrypt、Argon2和PBKDF2，对于保护用户数据至关重要。这些方法提供了强大的防御机制，可以有效对抗最常见的密码破解策略，确保即使发生数据泄露，对密码完整性的影响也被最小化。开发人员和安全专业人员必须及时了解加密实践的最新进展，并相应地更新其安全措施文章来源：https://www.toymoban.com/article/607.html
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