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PBKDF2是什么

PBKDF2(Password-Based Key Derivation Function)是一个用来导出密钥的函数,常用于生成加密的密码。

它的基本原理是通过一个伪随机函数(例如HMAC函数),把明文和一个盐值作为输入参数,然后重复进行运算,并最终产生密钥。

如果重复的次数足够大,破解的成本就会变得很高。而盐值的添加也会增加“彩虹表”攻击的难度。

破解PBKDF2生成的密码要多久

20-and-5K-guesses-per-sec.png

上图是14年在一台多GPU的高端PC上进行的测试,可以看到,在4个单词(随机从Diceware列表选择)的情况下,如果每秒能猜2万个密码,则要猜出密码平均需要2890年。如果密码的长度再高点,则这个时间是天文数字了。

PBKDF2函数的定义

DK = PBKDF2(PRF, Password, Salt, c, dkLen)
  • PRF是一个伪随机函数,例如HASH_HMAC函数,它会输出长度为hLen的结果。

  • Password是用来生成密钥的原文密码。

  • Salt是一个加密用的盐值。

  • c是进行重复计算的次数。

  • dkLen是期望得到的密钥的长度。

  • DK是最后产生的密钥。

PBKDF2的算法流程

DK的值由一个以上的block拼接而成。block的数量是dkLen/hLen的值。就是说如果PRF输出的结果比期望得到的密钥长度要短,则要通过拼接多个结果以满足密钥的长度:

DK = T1 || T2 || ... || Tdklen/hlen

而每个block则通过则通过函数F得到:

Ti = F(Password, Salt, c, i)

在函数F里,PRF会进行c次的运算,然后把得到的结果进行异或运算,得到最终的值。

F(Password, Salt, c, i) = U1 ^ U2 ^ ... ^ Uc

第一次,PRF会使用Password作为key,Salt拼接上编码成大字节序的32位整型的i作为盐值进行运算。

U1 = PRF(Password, Salt || INT_32_BE(i))

而后续的c-1次则会使用上次得到的结果作为盐值。

U2 = PRF(Password, U1)
...
Uc = PRF(Password, Uc-1)

函数F大致的流程图如下:

pbkdf2-lastpass.png

PBKDF2算法在PHP中的使用

从PHP5.5版本开始,PHP提供了原生的函数hash_pbkdf2实现PBKDF2算法:

string hash_pbkdf2 ( string $algo , string $password , string $salt , int $iterations [, int $length = 0 [, bool $raw_output = false ]] )

具体用法请看:http://php.net/manual/en/function.hash-pbkdf2.php

而在这个版本之前,我们可以使用其他用户写的兼容方法,例如:

<?php
if (!function_exists('hash_pbkdf2'))
{
    function hash_pbkdf2($algo, $password, $salt, $count, $length = 0, $raw_output = false)
    {
        if (!in_array(strtolower($algo), hash_algos())) trigger_error(__FUNCTION__ . '(): Unknown hashing algorithm: ' . $algo, E_USER_WARNING);
        if (!is_numeric($count)) trigger_error(__FUNCTION__ . '(): expects parameter 4 to be long, ' . gettype($count) . ' given', E_USER_WARNING);
        if (!is_numeric($length)) trigger_error(__FUNCTION__ . '(): expects parameter 5 to be long, ' . gettype($length) . ' given', E_USER_WARNING);
        if ($count <= 0) trigger_error(__FUNCTION__ . '(): Iterations must be a positive integer: ' . $count, E_USER_WARNING);
        if ($length < 0) trigger_error(__FUNCTION__ . '(): Length must be greater than or equal to 0: ' . $length, E_USER_WARNING);

        $output = '';
        $block_count = $length ? ceil($length / strlen(hash($algo, '', $raw_output))) : 1;
        for ($i = 1; $i <= $block_count; $i++)
        {
            $last = $xorsum = hash_hmac($algo, $salt . pack('N', $i), $password, true);
            for ($j = 1; $j < $count; $j++)
            {
                $xorsum ^= ($last = hash_hmac($algo, $last, $password, true));
            }
            $output .= $xorsum;
        }

        if (!$raw_output) $output = bin2hex($output);
        return $length ? substr($output, 0, $length) : $output;
    }
}

又或者这个:https://github.com/rchouinard/hash_pbkdf2-compat

基于安全考虑,需要注意以下几点:

  1. $algo建议选择SHA256或更安全的哈希算法。

  2. $salt至少为8字节,且要为随机数。

  3. $count迭代次数建议至少为50000次,除非有严格的性能要求。

参考

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/PBKDF2

  2. http://php.net/manual/en/function.hash-pbkdf2.php

  3. https://blog.agilebits.com/2014/03/10/crackers-report-great-news-for-1password-4/


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