HASH与对称加密

HASH

HASH,译为散列，音译为哈希 把任意长度的输入通过散列算法变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射，也就是说，散列值的空间通常远小于输入值的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，所以不可能通过散列值来确定唯一的输入值。简单来说，就是将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要

• 哈希有如下特点：

  • 算法公开
  • 对相同数据运算，得到的结果是相同的
  • 对不同数据运算，如MD5，得到的结果默认都是128位，32个字符(16进制)
  • 无法进行逆运算
  • 信息摘要，用于做数据识别

• HASH算法举例

  • MD5 128位，32个16进制字符
  • SHA1 160位，40个16进制字符
  • SHA256 256位，64个16进制字符

• 从iOS 13.0开始，苹果建议废弃MD5，改用SHA256或更安全的加密。

• 对称加密算法举例

  • DES 使用较少，强度低。
  • 3DES 使用3个秘钥，对原始数据进行3次加密，无意义
  • AES 高级加密标准，普遍使用。苹果钥匙串访问，美国安全局等都在使用

• HASH算法用途

  • 用户密码的加密
  • 搜索引擎
  • 版权
  • 数字签名

• 用户密码的加密

  • 用户注册时，服务器直接存储密码的HASH值
  • 用户登录时，将密码以HASH形式传递给服务器
  • 由于同一对象的HASH值永远相同，现在有很多万亿条、PB级的HASH大数据库，可以通过HASH查询出原值。
  • 多次嵌套HASH或者加盐处理，也会被大数据库碰撞查询出答案(嵌套可以递归碰撞，盐会泄露)

• 更安全的HMAC加密方案

  • 使用一个秘钥进行加密，进行两次散列运算，实际开发中，秘钥来自于服务器。
  • 秘钥在注册时由服务器对应账号生成，并下发给客户端。
  • 秘钥可以用于开启设备锁，如果本地没有秘钥，向服务器索要，服务器可以判断是否下发，如果开启了设备锁，需要在原设备进行操作。

• 注意，HAMC加密方案处理后的值，在网络传输中依然可以被拦截，此时仍然不安全。

• 更安全的方案：

  • 用户登录时，将HAMC加密后的密码拼接上时间戳(截止到分钟位)再进行一次MD5加密，服务器收到请求以后，从库中去除用户的HASH密码，拼接服务器时间戳进行一次MD5加密，如果服务器结果与客户端不匹配，那么服务器就将时间戳前移一分钟，再次进行匹配，如果成功则允许登录。
  • 此种方案下，用户的HASH密码有效时间最长只有1分59秒，可以防止被网络拦截造成隐患。

• 搜索引擎

  • 搜索引擎的拆次搜索，每一个词的HASH相加，无论顺序，结果相同。

• 版权

  • 云盘类应用，上传数据时，如果与云端资源HASH值相同，再进行一系列算法(因为云端资源庞大，而HASH值可能发生碰撞，即数据不同，HASH值相同)，如文件二进制前中后各N位进行对比，文件格式对比等，如若匹配成功，可以认定为相同数据，直接完成秒传(引用统一资源)。
  • 用户上传资源时，原文件的HASH值，可以用于所有权的校验。
  • HASH值是对文件的二进制数据进行运算，修改文件名不会对HASH值有任何影响。
  • 压缩文件的HASH值会发生变化，因为文件的二进制发生了变化，复制的文件HASH不会变。

• 数字签名

  • 将原始数据的HASH值进行RSA加密，将加密后的HASH值与原始数据一起传递给服务器。
  • 服务器拿到数据后，对原始HASH值进行RSA解密，如果解密后的HASH值与客户端传递过来的数据的HASH值匹配，那么原始数据就是未经篡改的，否则原始数据是被篡改过的，服务器需要拒绝响应。
  • 这种用RSA加密后的HASH值，就是数字签名。

• 对称加密(传统加密)

• 应用模式

  • ECB(Electronic Code Book): 电子密码本模式，每一块数据，独立加密。
    • 最基本的加密模式，相同的明文将永远加密成相同的密文，无初始向量，容易受到密码本重放攻击，一般情况下很少使用。
  • CBC(Cipher Block Chaining): 密码分组链接模式，使用一个秘钥和一个初始化向量对数据进行加密。
    • 明文在加密前要与前面的密文进行异或运算后再加密，因此只要选择不同的初始向量，相同的明文加密后会形成不同的密文，这是目前最广泛的加密模式。CBC加密后的密文是上下文相关的，明文的错误不会传递到后续分组，但如果一个分组丢失，后面的分组将全部作废(同步错误)。
    • CBC可以有效保证密文的完整性，如果一个数据在传输时丢失或被篡改，后面的数据将无法进行正常解密。

• 终端体验加密

  • openssl enc -des-ecb -K 123 -nosalt -in before.txt -out after.bin DES加密，ECB模式，key为123，不加盐
  • openssl enc -des-cbc -iv 0102030405060708 -K 123 -nosalt -in before.txt -out after.bin DES加密，CBC模式，key为123，初始向量为0102030405060708，不加盐
  • 参数增加-d为解密

• iOS中的对称加密

  • #import <CommonCrypto/CommonCrypto.h> iOS中处理加密与解密的库
  • CCCrypt : iOS中用于加密与解密的函数,如下:

CCCryptorStatus CCCrypt(
    CCOperation op,
    CCAlgorithm alg,
    CCOptions options,
    const void *key,
    size_t keyLength,
    const void *iv,
    const void *dataIn,
    size_t dataInLength,
    void *dataOut,
    size_t dataOutAvailable,
    size_t *dataOutMoved)API_AVAILABLE(macos(10.4), ios(2.0));

以上加密方式如果直接进行业务开发，并不安全。可以通过越狱后进行断点调试，直接捕获CCCrypt函数，从汇编寄存器中直接读取参数，获取明文数据。