# 密码安全
- 很多软件要求用户输入正确的密码，才能通过身份认证，有权执行某些操作。例如：
- Web 网站要求用户输入用户名、密码才能登录。
- 压缩文件用密码加密存储，要求用户输入密码才能解密。
- 一方面，软件的开发者应该保护用户的密码安全，避免冒名访问、泄露密码。
- 另一方面，用户也应该提高安全意识，例如：
- 不使用弱密码，否则容易被暴力破解。
- 不对别人分享密码，否则容易被冒名访问。
- 不在几个软件使用相同的密码，否则一个软件泄露了密码之后，其它软件也危险了。
# 破解密码
假设存在一个软件，一个用户，一个攻击者。用户输入自己的密码就能通过身份认证。
- 攻击者不知道用户的密码是什么，但可以尝试输入各种可能的密码，直到成功登录软件，从而猜出用户的密码。该过程称为破解密码。
破解密码的几种常见方式：
- 暴力破解（brute force attack）
- 原理：生成所有可能的密码字符串，逐个尝试。因此暴力破解又称为穷举法。
- 例如：假设已知用户的密码是 6 位数字，则攻击者可尝试 000000~999999 范围的所有可能密码。
- 优点：只要时间足够，一定能破解用户的密码。
- 缺点：需要尝试的次数太多，耗时久。
- 对策：当用户创建密码时，软件强制要求密码的长度至少为 8 ，不能是纯数字或纯字母。
- 例如使用大小写字母和数字，每位字符有 26+26+10=62 种可能性，密码长度为 12 时有 3*10e21 种可能性。即使每秒尝试 1 亿次，也要 100 万年才能穷举完所有可能的密码。
- 字典攻击（dictionary attack）
- 原理：将人们常用的密码保存为一个字典表，逐个尝试。
- 例如：统计表明，123456、abcdef 等密码简单易记，被很多用户使用，攻击者可尝试这些密码。
- 优点：需要测试的次数少，耗时少。
- 缺点：如果用户的密码不常见，则不会被破解。字典表会占用一定存储空间。
- 对策：软件事先准备一个字典表。当用户创建密码时，不允许创建在字典表中已有的密码。
- 撞库
- 原理：如果一个 Web 网站被入侵，泄露了数据库中存储的用户明文密码。则攻击者可用这些用户名、密码尝试登录其它 Web 网站，因为用户可能用同一用户名、密码注册了多个网站。
- 还会有人分析这些泄露的密码，找出被多个用户重复使用的密码，它们很可能被其他用户使用，因此加入字典表。
- 对策：服务器不应该将用户的明文密码存储在数据库中，而应该存储密码的哈希值。
- 暴力破解（brute force attack）
强密码（strong password）：指不容易被破解的密码。
- 特点包括：长度至少为 8 ，包含大小写字母、数字等多种类型的字符，且不存在于已知的字典表。
- 理想的情况下，用户可以用软件随机生成一个长字符串，作为密码。这样很安全，但是难以记忆。
以下安全措施常被 Web 网站采用，而单机软件不能采用：
- 如果 Web 网站发现某个用户连续三次输错密码，则冻结其账号一段时间，禁止登录。或者只能通过更安全的身份认证方式登录，比如手机验证码。
- Web 网站要求用户在登录时输入图片验证码，确保用户是真人操作，使得攻击者难以用软件自动化尝试大量密码。
# 哈希密码
- Web 网站可以将用户密码的哈希值存储在数据库中，当用户下次输入密码时，就计算哈希值，如果与数据库存储的哈希值一致，则判断密码正确。
- 这种情况下，即使攻击者入侵了 Web 网站的数据库，也只能看到密码的哈希值，不知道对应的明文密码。
- 不过，即使只知道密码的哈希值，也可能通过以下方式破解出明文密码：
- 暴力破解
- 原理：穷举所有可能的密码，逐个计算哈希值。如果算出的哈希值与目标哈希值相同，则猜出了明文密码。
- 字典攻击
- 原理：事先记录人们常用的密码及其对应的哈希值。如果目标哈希值在字典中存在，则可以知道对应的明文密码。
- 彩虹表
- 原理：
- 先探明 Web 网站采用的是哪种 Hash 算法，记作函数 H() 。再拟定函数 R()，用于将哈希值 h 转换成另一个字符串 p 。然后选择一个字符串 p1 作为起点，依次计算出 h1=H(p1)、p2=R(h1)、h2=H(p2)、…… ，这样就得到了一条哈希链，记录其中的所有 p 。
- 选取多个 p1 ，就可以算出多条哈希链，得到一个彩虹表。
- 想破解某个哈希值 s 时，先计算 R(s) ，然后到彩虹表中寻找是否有与之相同的 p 值。假设 pn 的值与 R(s) 相同，则 s 对应的明文密码就是 pn-1 。
- 优点：彩虹表比字典攻击占用的存储空间少了一半，而且比暴力破解更快。
- 原理：
- 暴力破解
- 针对上述攻击方式，Web 网站可采用以下对策：
- 为每个用户计算密码的哈希值时，加上一个随机的、无法预测的值，称为盐。
- 服务器应该将每个用户的密码哈希值、盐值一起保存到数据库中。当客户端输入用户、密码时，服务器从数据库获取该用户的盐值，然后计算输入密码的哈希值，如果与数据库存储的哈希值一致，则判断密码正确。
- 这样即使攻击者知道了服务器采用的 Hash 算法，也不能事先准备一个字典表。
- 判断两个哈希值是否相同时，无论结果是 True 还是 False ，都应该控制在相同的耗时。
- 如果使用一般的字符串比较方法（从左到右逐位比较，遇到某一位的字符不同时就返回 False），就可能被攻击者根据处理时长的微小差异，逐位试出哈希值的每一位应该是什么值，大幅降低暴力破解的难度。
- 使用异或运算就可以控制在相同的处理时长。比如：a ^ b == 0
- 为每个用户计算密码的哈希值时，加上一个随机的、无法预测的值，称为盐。
# htpasswd
：Apache 提供的一个命令行工具，用于生成密码的哈希值。
- 安装：
yum install httpd-tools - 用法：
htpasswd [username] [password] # 关于哈希算法 -d # 采用 CRYPT 算法 -B # 采用 BCRYPT 算法。推荐采用该算法，更安全 -m # 采用 MD5 算法（默认） -s # 采用 SHA-1 算法 -2 # 采用 SHA-256 算法 -5 # 采用 SHA-512 算法 # 关于输入 -b <password> # 通过命令参数输入密码。否则默认通过终端提示输入密码 -i # 从 stdin 读取密码 # 关于输出 -c <file> # 创建密码文件，如果该文件已存在则会被覆盖 -D <username> # 从文件中删除一个用户 -v <username> # 验证一个用户的密码 -n # 将加密结果输出到 stdout ，而不是文件 - 例：
[root@CentOS ~]# htpasswd -Bbn root 123456 # 生成密码的哈希值 root:$2y$05$8kv1HZMemYkavceQmrRC5umW6YJJokbixvgQn2sBsb.zrGBnxKs8O[root@CentOS ~]# htpasswd -Bbc passwd root 123456 # 创建密码文件 passwd ，添加一个用户及密码的哈希值 Adding password for user root [root@CentOS ~]# htpasswd -Bb passwd admin 123456 # 再添加一个用户。如果该用户名已存在，则会覆盖其密码的哈希值 Updating password for user admin [root@CentOS ~]# htpasswd -B passwd admin # 再添加一个用户，默认通过终端提示输入密码 New password: Re-type new password: Adding password for user admin [root@CentOS ~]# cat passwd # 查看密码文件 root:$2y$05$DqIV6YHZ9Sw/UkpNFPTXFOW.DB2NmpEdhdzZO2GJkZ5FpEt.h7k3W admin:$2y$05$F9euMbpa.FNwOIJUcitzRu2k7oBv.3gmWG.eDmusFpsfskTe7Vj2i [root@CentOS ~]# htpasswd -D passwd admin # 删除一个用户 Deleting password for user admin
# hashcat
：一个命令行工具，用于破解各种哈希值的明文。
- 官方文档 (opens new window)
- 特点：
- 提供了 Linux、MacOS、Windows 等发行版。
- 支持 CPU、GPU 运算，但电脑需要安装驱动。
# 攻击方式
- 字典攻击（dictionary attack，代号为 0）
- ：读取字典表中的每行 string 作为候选密码，分别尝试能否解密。
- 命令示例：
hashcat -m 0 hash.txt -a 0 dict.txt
- 组合攻击（combinator attack，代号为 1）
- ：同时从多个字典表读取一行 string ，按先后顺序拼凑成候选密码，然后尝试。
- 命令示例：
hashcat -m 0 hash.txt -a 1 dict1.txt dict2.txt
- 掩码攻击（mask attack，代号为 3）
- ：编写一个字符串模板，称为掩码，用于声明密码的每一位字符的取值范围。根据掩码生成候选密码，然后尝试。
- 命令示例：
hashcat -m 0 hash.txt -a 3 123?d?d?d # 候选密码的前 3 个字符是固定的 123 ，之后 3 个字符都来自字符集 ?d hashcat -m 0 hash.txt -a 3 -1 abc ?1?1?1?d?d?d # 候选密码的前 3 个字符来自自定义的字符集 ?1 ，之后 3 个字符来自字符集 ?d hashcat -m 0 hash.txt -a 3 -1 abc -2 ?l?u?d ?1?1?1?2?2?2 # 上例生成的候选密码的长度，固定等于掩码长度。下例是逐步增加候选密码的位数，从 3 位增加到 6 位 hashcat -m 0 hash.txt -a 3 123?d?d?d --increment --increment-min 3 --increment-max 5 - 掩码的语法像正则表达式。hashcat 提供了一些内置的字符集：还可用
?l # 小写字母 a-z ?u # 大写字母 A-Z ?d # 数字 0-9 ?s # 特殊字符 «space»!"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\]^_`{|}~ ?a # Ascii 字符集 ?l?u?d?s ?b # 十六进制值 0x00 - 0xff-1 ...、-2 ...的格式创建自定义的字符集，然后用?1、?2的格式引用。最多创建 4 个自定义的字符集。 - 密码取值的可能性越多，称为密码空间（keyspace）越大。
- 用户为了方便记忆，通常用英文单词、电话号码组成密码，取值范围只是字母或数字。因此与暴力破解相比，使用掩码攻击可以缩小 keyspace ，提高破解效率。
- 如果掩码的 keyspace 太大，几乎不可能破解，则 hashcat 会报错：
Integer overflow detected in keyspace of mask
- 混合攻击（hybrid Attack，代号为 6 或 7 ）
- ：给字典表中每行 string 添加掩码作为前缀、后缀，生成候选密码，然后尝试。
- 命令示例：
hashcat -m 0 hash.txt -a 6 dict.txt ?d?d?d # -a 6 表示添加掩码作为后缀 hashcat -m 0 hash.txt -a 7 ?d?d?d dict.txt # -a 7 表示添加掩码作为前缀
- 规则攻击（rule-based attack）
- ：根据几种规则来生成候选密码，然后尝试。比如只包含小写字母、首字母大写。
- 规则攻击比掩码攻击更复杂，但能缩小 keyspace 。
# 命令
命令语法：
hashcat [option]... <hash|hashfile> [dictionary|mask]... # 关于本机 -I # --opencl-info ，显示本机已识别的 opencl 设备。hashcat 默认会自动选用一个设备进行哈希运算，也可用 -D 1,2 -d 1 的格式指定一个设备 -D # --opencl-device-types ，允许使用哪些 opencl 设备类型，包括 CPU、GPU、FPGA -d # --opencl-devices ，允许使用哪些编号的 opencl 设备 -b # --benchmark ，运行性能测试，测试每秒能完成多少次哈希运算 # 关于输入 -m # --hash-type ，待破解的哈希值所属的算法编号，详见 https://hashcat.net/wiki/doku.php?id=example_hashes -a # --attck-mode ，攻击方式的代号，比如掩码攻击是 3 --username # 忽略输入的 hash 中的用户名，提取其中的哈希值进行破解 --session <name> # 指定当前的 session 名称，默认为 hashcat # 关于输出 --quiet # 隐藏输出 --force # 隐藏输出中的警告 # hashcat 默认会将所有 session 已破解的所有哈希值、明文记录到 potfile 文件。因此重复破解一个哈希值时，不会显示已破解的明文 --potfile-path=~/.hashcat/hashcat.potfile # 指定 potfile 文件的路径 --potfile-disable # 禁用 potfile 文件 --show # 不执行 session ，而是查询 potfile ，输出当前 hash 中已破解的哈希值、明文 --left # 不执行 session ，而是查询 potfile ，输出当前 hash. 中未破解的哈希值 -o out.txt # --outfile ，指定一个文件，用于记录当前 session 的输出- hashcat 将破解任务称为 session 。在执行 session 时可以创建 checkpoint ，自动将 session 的执行进度记录到
~/.hashcat/sessions/<name>.restore文件，以后可执行hashcat --session <name> --restore来恢复执行 session 。
- hashcat 将破解任务称为 session 。在执行 session 时可以创建 checkpoint ，自动将 session 的执行进度记录到
命令示例：
apt install hashcat apt -I apt -b # 破解 md5 哈希值 echo -n 123456 | md5sum | awk '{print $1}' > hash.txt hashcat -m 0 hash.txt -a 3 ?d?d?d?d?d?d # 破解 bcrypt 哈希值 htpasswd -Bbn root 123456 > hash.txt hashcat -m 3200 hash.txt -a 3 ?d?d?d?d?d?d命令的输出示例：
root@ubuntu:~# hashcat -m 0 hash.txt -a 3 ?d?d?d?d?d?d ... e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e:123456 Session..........: hashcat # 当前 session 的名称 Status...........: Cracked # 当前 session 的状态 Hash.Type........: MD5 Hash.Target......: e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e # 要破解的目标哈希值 Time.Started.....: Tue Jun 18 15:09:11 2022 (0 secs) # session 的开始时刻 Time.Estimated...: Tue Jun 18 15:09:11 2022 (0 secs) # session 的预计结束时刻 Guess.Mask.......: ?d?d?d?d?d?d [6] Guess.Queue......: 1/1 (100.00%) Speed.#2.........: 1659.6 MH/s (0.22ms) @ Accel:128 Loops:100 Thr:256 Vec:1 Recovered........: 1/1 (100.00%) Digests, 1/1 (100.00%) Salts # 输入的哈希值中，已破解的数量、总数 Progress.........: 1000000/1000000 (100.00%) # 已尝试的候选密码数量，即 session 的执行进度 Rejected.........: 0/1000000 (0.00%) # 被拒绝的候选密码数量，比如有的候选密码不符合哈希算法的长度限制，不必尝试 Restore.Point....: 0/10000 (0.00%) # checkpoint 所处的进度 Restore.Sub.#2...: Salt:0 Amplifier:0-100 Iteration:0-100 Candidates.#2....: 120123 -> 688373 # 当前尝试的候选密码的范围 Hardware.Mon.#2..: Temp: 37c Util:100% Core:1113MHz Mem:2999MHz Bus:16 Started: Tue Jun 18 15:09:06 2022 Stopped: Tue Jun 18 15:09:13 2022在执行过程中，可按以下按键：
[s]tatus [p]ause [b]ypass [c]heckpoint [q]uit =>