Wörterbuchangriffe und Rainbow Tables

Ein Wörterbuchangriff probiert nicht jede mögliche Kombination aus, sondern eine kuratierte Liste wahrscheinlicher Passwörter. Tatsächliche Benutzer wählen Passwörter aus einem begrenzten Wortschatz: häufigen Wörtern, Namen, Datumsangaben und Ausdrücken. Das Testen einer Wortliste mit einer Million wahrscheinlicher Passwörter ist wesentlich schneller als das Testen aller möglichen 8 Zeichen langen Zeichenketten mit 200 Billionen Kombinationen. Wörterbuchangriffe sind erfolgreich, weil die Wahl menschlicher Passwörter vorhersehbar ist.

Im Jahr 2009 erlitt die soziale Netzwerkseite RockYou einen Datenbruch, bei dem 32 Millionen Benutzerpasswörter im Klartext offengelegt wurden. Die daraus entstandene Liste, die heute rockyou.txt genannt wird, enthält ungefähr 14 Millionen eindeutige Passwörter und ist die standardmäßige erste Wortliste beim Passwort-Cracking. Die Untersuchung von rockyou.txt zeigt, dass die häufigsten Passwörter 123456, password und Varianten von Vornamen mit nachgestellten Zahlen sind.

Ein Hybridangriff erweitert eine Basiswortliste, indem er Transformationsregeln anwendet. Aus einem Wort wie password werden Password, P@ssword, p4ssword, password1, password123 und Hunderte weitere Varianten. Mit der Regel-Engine von Hashcat lässt sich genau festlegen, welche Transformationen angewendet werden sollen: den ersten Buchstaben großschreiben, zwei Ziffern anhängen oder Buchstaben durch Symbole ersetzen. Dadurch wird die Abdeckung erheblich erweitert, ohne tatsächlich zufällige Zeichenketten testen zu müssen.

Leet-Speak-Ersetzungen (das Ersetzen von Buchstaben durch Zahlen: e=3, a=4, i=1, o=0, s=5) galten einst als Verbesserung der Passwortsicherheit. Regelbasierte Cracker verwenden diese Ersetzungen als Standardtransformationen. Ein Passwort wie s3cur1ty lässt sich aus dem Basiswort security und einer Leet-Ersetzungsregel problemlos knacken. Cracker probieren außerdem gängige Muster aus, etwa das Anhängen von !, 123 oder dem aktuellen Jahr an jedes Wörterbuchwort.

Eine Rainbow-Tabelle ist eine große vorberechnete Datenbank, die Hashwerte wieder den ursprünglichen Passwörtern zuordnet. Statt einen Kandidaten zu hashen und zu vergleichen, sucht der Angreifer den Hash in der Tabelle nach. Die Erstellung der Tabelle erfordert enorme Zeit und Speicherkapazität, aber jede Suche ist danach sofort erledigt. Rainbow-Tabellen für MD5 aller alphanumerischen Passwörter mit 8 Zeichen passen in wenige Terabytes und können jedes passende Passwort in Millisekunden knacken.

Rainbow-Tabellen verkörpern einen Zeit-Speicher-Kompromiss: Man investiert einmalig Zeit in die Berechnung der Tabelle und verwendet anschließend Speicher, um künftige Suchvorgänge zu beschleunigen. Die Tabelle speichert Hash-Ketten: Jede Kette beginnt mit einem Kandidaten, hasht ihn, wendet eine Reduktionsfunktion an, um einen weiteren Kandidaten zu erzeugen, und wiederholt diesen Vorgang. Durch das Speichern nur der Kettenendpunkte lassen sich Passwörter aus Hashes über die Rekonstruktion einer Kette wiederherstellen, wobei Speicherbedarf und Rechenaufwand gegeneinander abgewogen werden.

Ein Salt ist ein Zufallswert, der vor dem Hashen an das Passwort angehängt wird. Da der Salt für jeden Benutzer eindeutig ist, erzeugen zwei Benutzer mit demselben Passwort unterschiedliche Hashwerte. Ein Angreifer kann daher keine Rainbow-Tabelle für das gesalzene Passwort vorberechnen. Stattdessen müsste er für jeden möglichen Salt-Wert eine eigene Tabelle erstellen, was rechnerisch nicht praktikabel ist. Salts zu verwenden ist für jedes sichere Passwortspeichersystem zwingend erforderlich.

Viele frühe Webanwendungen speicherten Passwörter als ungesalzene MD5-Hashes. Der MD5-Hash der Zeichenkette password lautet 5f4dcc3b5aa765d61d8327deb882cf99 – ein fester Wert. Jeder, der diesen Hash bereits gesehen hat oder ihn in einer vorberechneten Datenbank nachschlägt, kennt das Passwort sofort. Websites wie CrackStation enthalten Milliarden vorberechneter MD5- und SHA-1-Hashes. Ungesalzene, häufig verwendete Passwörter werden in weniger als einer Sekunde geknackt.

Have I Been Pwned (HIBP), erstellt vom Sicherheitsforscher Troy Hunt, fasst Passwort-Hashes aus großen Datenlecks zusammen. Benutzer können prüfen, ob ihre E-Mail-Adresse oder ihr Passwort in einem Datenleck aufgetaucht ist. Entwickler können die HIBP API verwenden, um Kandidatenpasswörter anhand von 850 Millionen kompromittierten Hashes mit einem k-Anonymitätsmodell zu prüfen: Die ersten 5 Hexadezimalzeichen des SHA-1-Hashes werden an die API gesendet. Diese gibt passende Suffixe zurück, ohne dass der Server den vollständigen Hash erfährt.

Credential-Stuffing-Angriffe übernehmen Benutzername-Passwort-Paare aus einem Datenleck und testen sie bei anderen Diensten. Da viele Benutzer Passwörter auf mehreren Websites wiederverwenden, liefert ein Datenleck bei einem schlecht abgesicherten Dienst funktionierende Zugangsdaten für wertvolle Ziele wie Banken und E-Mail-Dienste. Automatisierte Tools senden pro Sekunde Tausende Anmeldeversuche an mehrere Dienste. Ratenbegrenzung und Multi-Faktor-Authentifizierung sind die wichtigsten Abwehrmaßnahmen gegen Credential Stuffing.

Sichere Passwortspeicherung kombiniert Salts mit einer langsamen, adaptiven Hashfunktion. bcrypt, Argon2 und scrypt sind so konzipiert, dass sie rechenintensiv sind und Millisekunden pro Hash statt Mikrosekunden benötigen. Dadurch wird der Durchsatz des Angreifers von Milliarden Versuchen pro Sekunde auf Tausende begrenzt. Der Kostenparameter kann erhöht werden, wenn die Hardware schneller wird, sodass der erforderliche Arbeitsaufwand konstant bleibt. Diese Algorithmen entsprechen dem aktuellen Standard für die Passwortspeicherung.

Warum verhindert das Hinzufügen eines individuellen zufälligen Salts zu jedem Passwort vor dem Hashen Angriffe mit vorberechneten Rainbow-Tabellen?

Wörterbuchangriffe testen wahrscheinliche Passwörter statt aller Kombinationen. rockyou.txt stellt 14 Millionen Beispiele aus der Praxis bereit. Hybride und regelbasierte Angriffe erweitern Wortlisten durch Transformationen. Rainbow-Tabellen ermöglichen eine sofortige Suche nach ungesalzenen Hashes. Salts verhindern Rainbow-Tabellen, indem sie jeden Hash eindeutig machen. HIBP prüft, ob Passwörter in bekannten Datenlecks auftauchen. Adaptive Hashfunktionen wie bcrypt und Argon2 sind für eine sichere Speicherung erforderlich.