2024-04-22发表Security / Cryptographic hash functions11 分钟读完 (大约1575个字)

加密哈希函数 BCrypt

bcrypt 是由 Niels Provos 和 David Mazières 设计的密码散列函数，基于 Blowfish 密码，于 1999 年在 USENIX 上提出。除了加入盐来防止彩虹表攻击外，bcrypt 还是一种自适应函数：随着时间的推移，计算机硬件的计算能力会越来越高，它可以通过增加迭代计数使其计算过程变慢，以此抵消硬件性能的提升，使其仍然可以抵抗暴力搜索破解攻击。

bcrypt 函数是 OpenBSD的默认密码哈希算法，也是某些 Linux 发行版（例如 SUSE Linux）的默认算法，在绝大部分流行的编程语言中，都有具体实现。

背景

Blowfish算法在分组密码中因其昂贵的密钥设置阶段而引人注目。它首先使用标准状态的子密钥，然后使用该状态的一部分密钥执行块加密，并使用该加密的结果（更准确地说是散列）来替换一些子密钥。然后它使用这种修改后的状态来加密密钥的另一部分，并使用结果替换更多的子密钥。它以这种方式进行，使用逐渐修改的状态来散列密钥并替换状态位，直到设置所有子密钥为止。

Provos和Mazières充分利用了这一点并更进一步。他们为Blowfish开发了一种新的密钥设置算法，并将由此产生的密码称为“Eksblowfish”（意为“昂贵的密钥调度Blowfish”）。密钥设置从修改后的标准Blowfish密钥设置开始，利用salt（盐值）和密码来设置所有子密钥。之后进行多轮迭代，在每一轮中交替使用salt和密码作为密钥应用标准的Blowfish密钥编排算法，每一轮都以上一轮的子密钥状态为初始状态。理论上，这个方法并不比标准的Blowfish密钥调度更强，但是重设密钥的轮数可以自由配置。因此，该过程可以被设置为任意缓慢，有助于阻止对哈希值或salt的暴力破解攻击。

描述

bcrypt函数的输入是密码字符串（最高72字节）、数字表示的成本和16字节（128位）的盐值。盐值通常是随机值。bcrypt函数使用这些输入来计算24字节（192位）哈希值。bcrypt函数的最终输出是以下形式的字符串：

1	$2<a/b/x/y>$[cost]$[22 character salt][31 character hash]

例如，输入密码 abc123xyz、成本 12和随机盐值，bcrypt的输出字符串为：

1
2
3

$2a$12$R9h/cIPz0gi.URNNX3kh2OPST9/PgBkqquzi.Ss7KIUgO2t0jWMUW
\__/\/ \____________________/\_____________________________/
Alg Cost      Salt                        Hash

解释：

$2a$ ：哈希算法标识符（bcrypt）

12 ：输入成本（2 12 即 4096 轮）

R9h/cIPz0gi.URNNX3kh2O ：输入盐的 Base-64 编码

PST9/PgBkqquzi.Ss7KIUgO2t0jWMUW ：计算出的 24 字节哈希值的前 23 字节的 Base-64 编码

bcrypt 中的 base-64 编码使用表 ./ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789，这与 RFC 4648 Base64 编码不同。

版本历史

$2$ (1999)

最初的 bcrypt 规范定义了 $2$ 前缀。这遵循在 OpenBSD 密码文件中存储密码时使用的模块化加密格式格式

$1$ ：基于 MD5 的 crypt (‘md5crypt’)
$2$ ：基于 Blowfish 的 crypt（’bcrypt’）
$sha1$ ：基于 SHA-1 的 crypt（’sha1crypt’）
$5$ ：基于 SHA-256 的加密（’sha256crypt’）
$6$ ：基于 SHA-512 的 crypt（’sha512crypt’）

$2a$

最初的规范中没有定义如何处理非ASCII字符，也没有定义如何处理 null 终止符。$2a$ 规范经过修订，指定在对字符串进行哈希处理时：

字符串必须是 UTF-8 编码
必须包含 null 终止符

$2x$、$2y$（2011 年 6 月）

在2011年6月，人们在crypt_blowfish（bcrypt算法的一个PHP实现）中发现了一个bug。这个bug导致对第8位（bit）被置为1的字符处理不当。为了解决这个问题，有人建议系统管理员更新现有的密码数据库，将”2a”替换为”2x”，以此来标记那些有问题的哈希值（需要使用旧的有缺陷的算法进行处理）。同时他们还建议，让crypt_blowfish对于用修复后的算法生成的哈希值，输出 $2y$ 。

除了crypt_blowfish之外，包括Canonical和OpenBSD在内的其他机构都没有采用2x/2y这种版本标记方式。这种版本标记更改仅限于crypt_blowfish。

$2b$ (2014 年 2月)

人们在OpenBSD对于bcrypt的实现中发现了一个bug。这个bug使用了一个无符号的8位值来保存密码的长度。对于超过255个字节的密码，密码不会被截断到72个字节，而是会被截断到72或者长度对256取模后的值（两者中更小的那个）。例如，一个260字节的密码会被截断到4个字节，而不是72个字节。

bcrypt最开始是为OpenBSD开发的。当他们的库中出现bug时，他们决定增加版本号。

Java中使用

依赖

pom.xml

<dependency>
    <groupId>org.mindrot</groupId>
    <artifactId>jbcrypt</artifactId>
    <version>0.4</version>
</dependency>

主程序

public static void main(String[] args) {
    String password = "JeremyTsai"; // 原始密码
    // 使用 BCrypt 加密密码
    String h1 = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt());
    String h2 = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt());
    String h3 = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt());
    System.out.println("加密后的密码：" + h1);
    System.out.println("加密后的密码：" + h2);
    System.out.println("加密后的密码：" + h3);
    System.out.println("验证密码1: " + BCrypt.checkpw(password, h1));
    System.out.println("验证密码2: " + BCrypt.checkpw(password, h2));
    System.out.println("验证密码3: " + BCrypt.checkpw(password, h3));
}

输出如下：

加密后的密码：$2a$10$WbhwIb1/dnE/nDkLeEco3uH0ZlPYwaEC3sGSU68K5aQRj7POA9dsS
加密后的密码：$2a$10$Yo35pvrqN0hXQFw9Rsc9ler3vmHpvoE2XtHjEQS0NDvF6gaKnB9LO
加密后的密码：$2a$10$tp056MRqL/Bq6lF5fTfTNONgf4mj7FoRkVIbjgQ.prI2/HrfHd7/y
验证密码1: true
验证密码2: true
验证密码3: true

说明

生成随机盐：BCrypt.gensalt()

生成密码哈希：BCrypt.hashpw(password, salt)

验证密码：BCrypt.checkpw(password, passwordHash)

参考引用

bcrypt - Wikipedia

#安全加密