在具有最低特殊字符要求的 Java 中生成安全随机密码

Question

Java中如何创建满足系统长度和字符集要求的随机密码？

我必须创建一个随机密码，长度为 10-14 个字符，并且至少有一个大写字母、一个小写字母和一个特殊字符。不幸的是，有些特殊字符 太 特殊了，不能使用，所以我不能只使用打印的 ASCII。

本网站上的许多示例生成的随机密码或会话密钥在字符中没有足够的熵，或者在业务环境中没有像上面给出的那样的现实要求，所以我问更尖锐的问题以获得更好的答案。

我的字符集，标准美式键盘上除空格外的每个特殊字符：

 A-Z
a-z
0-9
~`!@#$%^&*()-_=+[{]}\|;:'",<.>/?

原文由 summer 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

我最近了解了 Passay 。它提供了其 PasswordGenerator 类 中所需的功能。它随机生成满足要求的密码，类似于下面使用 CharacterRules 而不是 PasswordCharacterSets 所写的要求，就像我在下面所做的那样。它不是为随机字符插入保存未使用索引的列表，而是在插入满足要求的字符后简单地洗牌字符缓冲区。

下面是之前遗留下来的，如果您的许可允许，我建议使用 Passay，否则这段代码应该可以工作，并提供了为什么生成的密码在密码学上很强大的详细信息

我最终将这段代码写了两次。曾经得到一个随机字符结果，但事实证明字符的分布取决于字符集的大小（糟糕！）。我重写了它，现在您只需复制/粘贴代码并将 Main.java 更改为您想要的字符集。尽管可以采取不同的方式，但我认为这是获得正确结果的相对直接的方法，我鼓励重复使用、评论、批评和深思熟虑的编辑。

PasswordGenerator代码的控件如下：

• 最小/最大长度：使用随机数设置
• PasswordCharacterSet ：假设所有传递给 PasswordGenerator 的 PasswordCharacterSets 都包含唯一的字符集，否则，随机字符将偏向于重复字符。
• PasswordCharacterSet Min Characters ：用于此字符集的最少字符数。

实际密码生成的主要部分：

• Random 的随机性：我们使用的是 SecureRandom，它由密码学上强大的 PRNG 支持，而不是 Random 类，后者不是。
• 密码的随机字符顺序：pw char 数组的所有索引都添加到 remainingIndexes 数组。当我们调用 addRandomCharacters 时，它会随机删除一个索引，我们使用删除的索引来填充数组。
• 随机字符：在 addRandomCharacters 中，从我们使用的字符索引中选择一个随机索引并将其添加到 pw 数组。
• 设置每种类型的保证最小字符数：我们先简单地划分出最小字符数。我们从每个字符集中选择最小数量的随机值，然后继续。
• 剩余字符的随机分布：设置最小值后，我们想让其余字符在所有字符集中随机分布。所有字符都添加到一个数组中。剩余的插槽使用与先前字符集相同的策略进行填充。

密码复杂度说明：密码复杂度通常用位熵来表示。以下是您的键空间的可能性数量：

至少有一个大写字母字符（共 26 个）、一个小写字母字符（共 26 个）、一位数字（共 10 个）和一个特殊字符（共 32 个），计算可能性的方式是每个字符的可能性数乘以字符数，因为它们是随机放置在字符串中的。所以我们知道四个字符的可能性是：

 Required Characters = 26*26*10*32=216,320

所有剩余的字符每个都有 94 (26+26+10+32) 种可能性

我们的计算是：

 Characters  Possibilities                                       Bits of Entropy
10 chars    216,320*94^6  = 149,232,631,038,033,920             ~2^57
11 chars    216,320*94^7  = 14,027,867,317,575,188,480          ~2^63
12 chars    216,320*94^8  = 1,318,619,527,852,067,717,120       ~2^70
13 chars    216,320*94^9  = 123,950,235,618,094,365,409,280     ~2^76
14 chars    216,320*94^10 = 11,651,322,148,100,870,348,472,320  ~2^83

考虑到这一点，如果您想要最安全的密码，您应该始终选择尽可能多的字符，在本例中为 14 个。

主.java

 package org.redtown.pw;

import java.util.EnumSet;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

import org.redtown.pw.PasswordGenerator.PasswordCharacterSet;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Set<PasswordCharacterSet> values = new HashSet<PasswordCharacterSet>(EnumSet.allOf(SummerCharacterSets.class));
        PasswordGenerator pwGenerator = new PasswordGenerator(values, 10, 14);
        for(int i=0; i < 10; ++i) {
            System.out.println(pwGenerator.generatePassword());
        }
    }

    private static final char[] ALPHA_UPPER_CHARACTERS = { 'A', 'B', 'C', 'D',
            'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P', 'Q',
            'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z' };
    private static final char[] ALPHA_LOWER_CHARACTERS = { 'a', 'b', 'c', 'd',
            'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p', 'q',
            'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z' };
    private static final char[] NUMERIC_CHARACTERS = { '0', '1', '2', '3', '4',
            '5', '6', '7', '8', '9' };
    private static final char[] SPECIAL_CHARACTERS = { '~', '`', '!', '@', '#',
            '$', '%', '^', '&', '*', '(', ')', '-', '_', '=', '+', '[', '{',
            ']', '}', '\\', '|', ';', ':', '\'', '"', ',', '<', '.', '>', '/',
            '?' };

    private enum SummerCharacterSets implements PasswordCharacterSet {
        ALPHA_UPPER(ALPHA_UPPER_CHARACTERS, 1),
        ALPHA_LOWER(ALPHA_LOWER_CHARACTERS, 1),
        NUMERIC(NUMERIC_CHARACTERS, 1),
        SPECIAL(SPECIAL_CHARACTERS, 1);

        private final char[] chars;
        private final int minUsage;

        private SummerCharacterSets(char[] chars, int minUsage) {
            this.chars = chars;
            this.minUsage = minUsage;
        }

        @Override
        public char[] getCharacters() {
            return chars;
        }

        @Override
        public int getMinCharacters() {
            return minUsage;
        }
    }
}

密码生成器.java

 package org.redtown.pw;

import java.security.SecureRandom;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class PasswordGenerator {

    private final List<PasswordCharacterSet> pwSets;
    private final char[] allCharacters;
    private final int minLength;
    private final int maxLength;
    private final int presetCharacterCount;

    public PasswordGenerator(Collection<PasswordCharacterSet> origPwSets, int minLength, int maxLength) {
        this.minLength = minLength;
        this.maxLength = maxLength;

        // Make a copy of the character arrays and min-values so they cannot be changed after initialization
        int pwCharacters = 0;
        int preallocatedCharacters = 0;
        List<PasswordCharacterSet> pwSets = new ArrayList<PasswordCharacterSet>(origPwSets.size());
        for(PasswordCharacterSet origpwSet : origPwSets) {
            PasswordCharacterSet newPwSet = new PwSet(origpwSet);
            pwSets.add(newPwSet);
            pwCharacters += newPwSet.getCharacters().length;
            preallocatedCharacters += newPwSet.getMinCharacters();
        }
        this.presetCharacterCount = preallocatedCharacters;
        this.pwSets = Collections.unmodifiableList(pwSets);

        if (minLength < presetCharacterCount) {
            throw new IllegalArgumentException("Combined minimum lengths "
                    + presetCharacterCount
                    + " are greater than the minLength of " + minLength);
        }

        // Copy all characters into single array so we can evenly access all members when accessing this array
        char[] allChars = new char[pwCharacters];
        int currentIndex = 0;
        for(PasswordCharacterSet pwSet : pwSets) {
            char[] chars = pwSet.getCharacters();
            System.arraycopy(chars, 0, allChars, currentIndex, chars.length);
            currentIndex += chars.length;
        }
        this.allCharacters = allChars;
    }

    public char[] generatePassword() {
        SecureRandom rand = new SecureRandom();

        // Set pw length to minLength <= pwLength <= maxLength
        int pwLength = minLength + rand.nextInt(maxLength - minLength + 1);
        int randomCharacterCount = pwLength - presetCharacterCount;

        // Place each index in an array then remove them randomly to assign positions in the pw array
        List<Integer> remainingIndexes = new ArrayList<Integer>(pwLength);
        for(int i=0; i < pwLength; ++i) {
            remainingIndexes.add(i);
        }

        // Fill pw array
        char[] pw = new char[pwLength];
        for(PasswordCharacterSet pwSet : pwSets) {
            addRandomCharacters(pw, pwSet.getCharacters(), pwSet.getMinCharacters(), remainingIndexes, rand);
        }
        addRandomCharacters(pw, allCharacters, randomCharacterCount, remainingIndexes, rand);
        return pw;
    }

    private static void addRandomCharacters(char[] pw, char[] characterSet,
            int numCharacters, List<Integer> remainingIndexes, Random rand) {
        for(int i=0; i < numCharacters; ++i) {
            // Get and remove random index from the remaining indexes
            int pwIndex = remainingIndexes.remove(rand.nextInt(remainingIndexes.size()));

            // Set random character from character index to pwIndex
            int randCharIndex = rand.nextInt(characterSet.length);
            pw[pwIndex] = characterSet[randCharIndex];
        }
    }

    public static interface PasswordCharacterSet {
        char[] getCharacters();
        int getMinCharacters();
    }

    /**
     * Defensive copy of a passed-in PasswordCharacterSet
     */
    private static final class PwSet implements PasswordCharacterSet {
        private final char[] chars;
        private final int minChars;

        public PwSet(PasswordCharacterSet pwSet) {
            this.minChars = pwSet.getMinCharacters();
            char[] pwSetChars = pwSet.getCharacters();
            // Defensive copy
            this.chars = Arrays.copyOf(pwSetChars, pwSetChars.length);
        }

        @Override
        public char[] getCharacters() {
            return chars;
        }

        @Override
        public int getMinCharacters() {
            return minChars;
        }
    }
}

原文由 summer 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议

Answer 2

我建议使用 apache commons RandomStringUtils。使用已经完成的事情。

 String characters = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789~`!@#$%^&*()-_=+[{]}\\|;:\'\",<.>/?";
String pwd = RandomStringUtils.random( 15, characters );
System.out.println( pwd );

如果你正在使用 maven

 <dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.4</version>
</dependency>

否则下载jar

使用安全随机 更新 版本。所以剩下的所需字符的问题可以像评论中那样解决，分别生成所需的部分和正常的部分。然后随机加入他们。

 char[] possibleCharacters = (new String("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789~`!@#$%^&*()-_=+[{]}\\|;:\'\",<.>/?")).toCharArray();
String randomStr = RandomStringUtils.random( randomStrLength, 0, possibleCharacters.length-1, false, false, possibleCharacters, new SecureRandom() );
System.out.println( randomStr );

原文由 Robert Wadowski 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议