Hashing

Eine Hashfunktion nimmt eine Eingabe beliebiger Größe entgegen und erzeugt eine Ausgabe fester Größe, die als Digest bezeichnet wird. Dieselbe Eingabe erzeugt immer denselben Digest.

Entscheidend ist, dass Hashing eine Einwegoperation ist. Ein Digest lässt sich mathematisch nicht wieder in die ursprüngliche Eingabe zurückverwandeln. Das unterscheidet Hashes sowohl von Codierung als auch von Verschlüsselung.

Eine kryptografische Hashfunktion sollte:

• Deterministisch sein: Dieselbe Eingabe liefert dieselbe Ausgabe.
• Schnell zu berechnen sein (bei allgemeinem Hashing), für das Hashing von Passwörtern aber idealerweise langsam.
• Preimage-resistent sein: Ausgehend von einem Digest lässt sich die Eingabe nicht finden.
• Kollisionsresistent sein: Es soll schwierig sein, zwei Eingaben mit demselben Digest zu finden.
• Den Avalanche-Effekt aufweisen: Eine Änderung eines Bits kippt etwa die Hälfte der Ausgabebits.

MD5 erzeugt einen 128-Bit-Digest (32 Hexadezimalzeichen). Es ist schnell und war historisch weit verbreitet, gilt aber als kryptografisch gebrochen: Praktische Kollisionsangriffe sind möglich.

Verwenden Sie MD5 niemals für Sicherheitszwecke. Sie werden es bei Date Prüfsummen und in Altsystemen trotzdem weiterhin antreffen, wodurch es bei Sicherheitsüberprüfungen häufig zum Ziel wird.

Die Familie der SHA-Algorithmen (Secure Hash Algorithm) ist robuster:

• SHA-1: 160 Bit. Gilt inzwischen als gebrochen (Kollisionsangriff „SHADOW HAMMER“ / SHAttered). Vermeiden.
• SHA-2: umfasst SHA-256 und SHA-512. Weit verbreitet und derzeit sicher.
• SHA-3: ein neueres Design auf Basis von Keccak, eine Alternative zu SHA-2.

Verschlüsselung kann mit einem Schlüssel rückgängig gemacht werden. Hashing ist überhaupt nicht umkehrbar. Genau deshalb wird Hashing zum Speichern von Passwörtern verwendet: Der Server benötigt das ursprüngliche Passwort nie.

Bei der Anmeldung hasht der Server Ihre Eingabe und vergleicht sie mit dem gespeicherten Hash. Stimmen sie überein, sind Sie authentifiziert. Das Passwort im Klartext wird nie gespeichert.

Da Hashing deterministisch ist, ist der Digest von „password“ für jeden Benutzer gleich. Angreifer berechnen riesige Nachschlagetabellen vor, die Digests den Klartexten zuordnen und als Rainbow-Tabellen bezeichnet werden.

Wenn zwei Benutzer dasselbe Passwort verwenden, sind ihre gespeicherten Hashes identisch, wodurch diese Tatsache bekannt wird. Einfache schnelle Hashes wie MD5 oder SHA-256 sind allein für Passwörter ungeeignet.

Ein Salt ist ein eindeutiger Zufallswert, der vor dem Hashing zu jedem Passwort hinzugefügt wird. Dadurch gilt:

• Identische Passwörter erzeugen unterschiedliche Hashes.
• Vorberechnete Rainbow-Tabellen werden unbrauchbar.

Der Salt wird zusammen mit dem Hash gespeichert; er ist nicht geheim. Seine Aufgabe besteht darin, jeden Hash eindeutig zu machen, sodass Angreifer jeden Hash einzeln knacken müssen.

bcrypt wurde speziell für die Speicherung von Passwörtern entwickelt. Der Algorithmus ist absichtlich langsam und enthält einen konfigurierbaren Kostenfaktor (Work Factor), der ihn mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Hardware langsamer macht.

Ein bcrypt-Hash enthält Algorithmus, Kostenfaktor und Salt in einer Zeichenkette. Die Langsamkeit ist ein Vorteil: Sie begrenzt, wie schnell Angreifer Passwörter ausprobieren können.

Neben bcrypt gehören zu den modernen Optionen für das Passwort-Hashing:

• scrypt: speicherintensiv und resistent gegen GPU- und ASIC-Angriffe.
• Argon2: Gewinner des Password Hashing Competition, mit einstellbarem Zeit- und Speicheraufwand. Die empfohlene moderne Wahl.
• PBKDF2: wendet einen schnellen Hash viele Tausend Mal an; akzeptabel, aber schwächer als die oben genannten Verfahren.

Hashes werden nicht nur für Passwörter, sondern auch für die Integrität verwendet. Ein HMAC (Hash-based Message Authentication Code) kombiniert einen Hash mit einem geheimen Schlüssel, um sowohl die Integrität als auch die Authentizität einer Nachricht zu überprüfen.

Datei-Prüfsummen (häufig SHA-256) ermöglichen es Ihnen zu überprüfen, ob ein Download manipuliert wurde. Als Hacker können nicht übereinstimmende Prüfsummen auf veränderte oder schädliche Dateien hinweisen.

Als Hacker stoßen Sie ständig auf Hashes:

• /etc/shadow unter Linux speichert gesaltete Passwort-Hashes mit Präfixen wie $6$ (SHA-512) oder $2b$ (bcrypt).
• Windows speichert NTLM-Hashes in der SAM-Datenbank.
• Webanwendungen speichern gehashte Passwörter in ihren Benutzertabellen.

Das Erkennen des Präfixes verrät Ihnen sofort den Algorithmus und Ihre Strategie zum Knacken des Hashes.

Sie verstehen nun das Hashing:

• Hashing ist eine nicht umkehrbare, deterministische Transformation mit fester Größe und unterscheidet sich von Kodierung und Verschlüsselung.
• MD5 und SHA-1 gelten als unsicher; verwenden Sie SHA-256 für die allgemeine Integritätsprüfung.
• Verwenden Sie für Passwörter langsame, gesaltete Algorithmen: bcrypt, scrypt oder Argon2.
• Salts machen Rainbow-Tabellen wirkungslos; HMAC fügt eine schlüsselbasierte Integritätsprüfung hinzu.

Als Nächstes untersuchen Sie symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung mit AES und RSA.