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<!DOCTYPE html>
<!--[if IE 8]> <html class="no-js lt-ie9" lang="zh-cn"> <![endif]-->
<!--[if gt IE 8]><!--> <html class="no-js" lang="zh-cn"> <!--<![endif]-->
<head>
<meta charset="utf-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1">
<title>道可叨 | 用户密码的存储与 Python 示例 </title>
<meta name="viewport" content="width=device-width">
<meta name="author" content="Qiang">
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<body>
<header>
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<a href="https://zhuoqiang.github.io">
<h1 i18n>道可叨</h1>
<h2>Free Will</h2>
</a>
</hgroup>
</header>
<section>
<article>
<header>
<h1><a href="https://zhuoqiang.github.io/password-storage-and-python-example.html">用户密码的存储与 Python 示例</a></h1>
</header> <div>
<section>
<p>在各种线上应用中，用户名密码是用户身份认证的关键，它的重要性不言而喻。一方面，作为保护用户敏感数据的钥匙来说，一旦被破解，系统将敞开大门完全不设防。另一方面，密码这把钥匙本身就是非常敏感的数据：大多数用户会在不同应用中使用近似甚至完全相同的密码。一旦某一个应用的密码被破解，很可能坏人就此掌握了用户的“万能钥匙”，这个用户的其它应用也相当危险了。</p>
<p>这篇博文就重点讨论对于密码本身的存储的安全性考虑，而系统自身的安全性不在此文的范围之内。</p>
<p>对于如此重要的用户密码，究竟该怎样在系统中存储呢？</p>
<p>“君子不立危墙”，对于用户密码这个烫手山芋，一个极端的选择是系统完全不接触密码，用户的身份认证转交受信任的第三方来处理。例如 OpenID 这样的解决方案。系统向受信任的第三方求证用户身份的合法性，用户通过密码向第三方证明自己的身份。</p>
<p>这样一来，也就不用绞尽脑汁保证密码的安全了。这个作法对用户来说还有个额外的好处：再也不用为每个应用注册帐号了，同一个 OpenID 就可以登录所有支持 OpenID 的系统。</p>
<p>好虽好，可在今天这样一个裂土封国划地为营的网络战国时代，用户资源不但不能牢牢掌握在自己的手上，还要与别人分享，甚至要受制于人，这多少有点让人难以接受。（据称，现在全球有 27000 个 Web Site 支持 OpenID 登录，虽然还在持续增长中，但在茫茫“网海“中无疑还是属于小众）</p>
<p>既然网络大同时代还没来临，大部分应用还是要自己负责用户的认证，那密码该如何存储呢？按照安全性由低到高，有这样几种选择：</p>
<ol class="arabic">
<li><p class="first">密码明文直接存储在系统中</p>
<p>这种方法下密码的安全性比系统本身还低，管理员能查看所有用户的密码明文。除非是做恶意网站故意套取用户密码，否则不要用这种方式</p>
</li>
<li><p class="first">密码明文经过转换后再存储</p>
<p>与直接存储明文的方式没有本质区别，任何知道或破解出转换方法的人都可以逆转换得到密码明文</p>
</li>
<li><p class="first">密码经过对称加密后再存储</p>
<p>密码明文的安全性等同于加密密钥本身的安全性。对称加密的密钥可同时用于加密与解密。一般它会直接出现在加密代码中，破解的可能性相当大。而且系统管理员很可能知道密钥，进而算出密码原文</p>
</li>
<li><p class="first">密码经过非对称加密后再存储</p>
<p>密码的安全性等同于私钥的安全性。密码明文经过公钥加密。要还原密码明文，必须要相应的私钥才行。因此只要保证私钥的安全，密码明文就安全。私钥可以由某个受信任的人或机构来掌管，身份验证只需要用公钥就可以了</p>
<p>实际上，这也是 HTTPS/SSL 的理论基础。这里的关键是 <strong>私钥的安全</strong> ，如果私钥泄露，那密码明文就危险了。</p>
</li>
</ol>
<p>以上 4 种方法的共同特点是可以从存储的密码形式还原到密码明文。</p>
<p>当你忘了用户密码后，网站可以很贴心地通过你注册的 email 提醒你原来的密码是什么，那它肯定就是用了上面的某种方法了。这时候你就得小心了：既然网站能知道密码明文，那网站的工作人员就有可能知道，攻入这个网站的黑客也有了还原你密码明文的可能。</p>
<p>所以密码最好是以不可还原明文的方式来保存。通常利用哈希算法的单向性来保证明文以 <strong>不可还原的有损方式</strong> 进行存储。</p>
<p>这类方法的各个具体操作方式按安全性由低到高依次为：</p>
<ol class="arabic">
<li><p class="first">使用自己独创的哈希算法对密码进行哈希，存储哈希过的值</p>
<p>哈希算法复杂，独创对理论要求很高。一般独创的哈希算法肯定没有公开经过时间检验的算法质量高，天才另算</p>
</li>
<li><p class="first">使用 MD5 或 SHA-1 哈希算法</p>
<p>MD5 和 SHA-1 已破解。虽不能还原明文，但很容易找到能生成相同哈希值的替代明文。而且这两个算法速度较快，暴力破解相对省时，建议不要使用它们。</p>
</li>
<li><p class="first">使用更安全的 SHA-256 等成熟算法</p>
<p>更加复杂的算法增加了暴力破解的难度。但如果遇到简单密码，用彩虹字典的暴力破解法，很快就能得到密码原文</p>
</li>
<li><p class="first">加入随机 salt 的哈希算法</p>
<p>密码原文（或经过 hash 后的值）和随机生成的 salt 字符串混淆，然后再进行 hash，最后把 hash 值和 salt 值一起存储。验证密码的时候只要用 salt 再与密码原文做一次相同步骤的运算，比较结果与存储的 hash 值就可以了。这样一来哪怕是简单的密码，在进过 salt 混淆后产生的也是很不常见的字符串，根本不会出现在彩虹字典中。salt 越长暴力破解的难度越大</p>
<p>具体的 hash 过程也可以进行若干次叠代，虽然 hash 叠代会增加碰撞率，但也增加暴力破解的资源消耗。就算真被破解了，黑客掌握的也只是这个随机 salt 混淆过的密码，用户原始密码依然安全，不用担心其它使用相同密码的应用。</p>
</li>
</ol>
<p>上面这几种方法都不可能得到密码的明文，就算是系统管理员也没办法。对于那些真的忘了密码的用户，网站只能提供重置密码的功能了。</p>
<p>下面的 python 程序演示了如何使用 salt 加 hash 来单向转换密码明文</p>
<div class="highlight"><pre><span></span><span class="kn">import</span> <span class="nn">os</span>
<span class="kn">from</span> <span class="nn">hashlib</span> <span class="kn">import</span> <span class="n">sha256</span>
<span class="kn">from</span> <span class="nn">hmac</span> <span class="kn">import</span> <span class="n">HMAC</span>
<span class="k">def</span> <span class="nf">encrypt_password</span><span class="p">(</span><span class="n">password</span><span class="p">,</span> <span class="n">salt</span><span class="o">=</span><span class="kc">None</span><span class="p">):</span>
<span class="sd">"""Hash password on the fly."""</span>
<span class="k">if</span> <span class="n">salt</span> <span class="ow">is</span> <span class="kc">None</span><span class="p">:</span>
<span class="n">salt</span> <span class="o">=</span> <span class="n">os</span><span class="o">.</span><span class="n">urandom</span><span class="p">(</span><span class="mi">8</span><span class="p">)</span> <span class="c1"># 64 bits.</span>
<span class="k">assert</span> <span class="mi">8</span> <span class="o">==</span> <span class="nb">len</span><span class="p">(</span><span class="n">salt</span><span class="p">)</span>
<span class="k">assert</span> <span class="nb">isinstance</span><span class="p">(</span><span class="n">salt</span><span class="p">,</span> <span class="nb">str</span><span class="p">)</span>
<span class="k">if</span> <span class="nb">isinstance</span><span class="p">(</span><span class="n">password</span><span class="p">,</span> <span class="n">unicode</span><span class="p">):</span>
<span class="n">password</span> <span class="o">=</span> <span class="n">password</span><span class="o">.</span><span class="n">encode</span><span class="p">(</span><span class="s1">'UTF-8'</span><span class="p">)</span>
<span class="k">assert</span> <span class="nb">isinstance</span><span class="p">(</span><span class="n">password</span><span class="p">,</span> <span class="nb">str</span><span class="p">)</span>
<span class="n">result</span> <span class="o">=</span> <span class="n">password</span>
<span class="k">for</span> <span class="n">i</span> <span class="ow">in</span> <span class="n">xrange</span><span class="p">(</span><span class="mi">10</span><span class="p">):</span>
<span class="n">result</span> <span class="o">=</span> <span class="n">HMAC</span><span class="p">(</span><span class="n">result</span><span class="p">,</span> <span class="n">salt</span><span class="p">,</span> <span class="n">sha256</span><span class="p">)</span><span class="o">.</span><span class="n">digest</span><span class="p">()</span>
<span class="k">return</span> <span class="n">salt</span> <span class="o">+</span> <span class="n">result</span>
</pre></div>
<p>这里先随机生成 64 bits 的 salt，再选择 SHA-256 算法使用 <tt class="docutils literal">HMAC</tt> 对密码和 salt 进行 10 次叠代混淆，最后将 salt 和 hash 结果一起返回。</p>
<p>使用的方法很简单：</p>
<div class="highlight"><pre><span></span><span class="n">hashed</span> <span class="o">=</span> <span class="n">encrypt_password</span><span class="p">(</span><span class="s1">'secret password'</span><span class="p">)</span>
</pre></div>
<p>下面是验证函数，它直接使用 encrypt_password 来对密码进行相同的单向转换并比较</p>
<div class="highlight"><pre><span></span><span class="k">def</span> <span class="nf">validate_password</span><span class="p">(</span><span class="n">hashed</span><span class="p">,</span> <span class="n">input_password</span><span class="p">):</span>
<span class="k">return</span> <span class="n">hashed</span> <span class="o">==</span> <span class="n">encrypt_password</span><span class="p">(</span><span class="n">input_password</span><span class="p">,</span> <span class="n">salt</span><span class="o">=</span><span class="n">hashed</span><span class="p">[:</span><span class="mi">8</span><span class="p">])</span>
<span class="k">assert</span> <span class="n">validate_password</span><span class="p">(</span><span class="n">hashed</span><span class="p">,</span> <span class="s1">'secret password'</span><span class="p">)</span>
</pre></div>
<p>虽然只有简短几行，但借助 python 标准库帮助，这已经是一个可用于生产环境的高安全密码加密验证算法了。</p>
<p>总结一下用户密码的存储：</p>
<ul class="simple">
<li>上善不战而屈人之兵。如果可能不要存任何密码信息 让别人（OpenID）来帮你做事，避开这个问题</li>
<li>如果非要自己认证，也只能存 <strong>不可逆的有损密码信息</strong> 。通过单向 hash 和 salt 来保证只有用户知道密码明文</li>
<li><strong>绝对不能存可还原密码原文的信息</strong> 。如果因为种种原因一定要可还原密码原文，请使用非对称加密，并保管好私钥</li>
</ul>
<p>说完了密码的存储，后面有空会接着聊聊 <a class="reference external" href="https://zhuoqiang.github.io/password-transport.html">密码的传输</a></p>
</section>
</div>
<footer>
<p>
<time datetime="2010-06-13T02:31:00+08:00" pubdate>2010-06-13</time><a href="https://zhuoqiang.github.io/category/programming.html"><span class="category" i18n>programming</span></a>
</p>
<ul>
<li><a href="https://zhuoqiang.github.io/tag/security.html"><span class="tag" i18n>security</span></i></a>
<li><a href="https://zhuoqiang.github.io/tag/python.html"><span class="tag" i18n>python</span></i></a>
<li><a href="https://zhuoqiang.github.io/tag/web.html"><span class="tag" i18n>web</span></i></a>
</ul>
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<p>@ <a href="mailto:zhuo.qiang@gmail.com"><span i18n>Qiang</span></a> | <span class="heart"><a href="https://github.com/getpelican/pelican">Pelican</a> & <a href="https://bitbucket.org/zhuoqiang/jing">Jing</a></span></p>
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