Хеширование

Хеш-функция принимает данные любого размера и выдает результат фиксированного размера, называемый дайджестом. Одинаковые входные данные всегда дают одинаковый дайджест.

Важно, что хеширование — это односторонняя операция. Математически обратить дайджест и получить исходные данные невозможно. Именно этим хеши отличаются и от кодирования, и от шифрования.

Криптографическая хеш-функция должна быть:

• Детерминированной: одинаковые входные данные дают одинаковый результат.
• Быстрой в вычислении (для общего хеширования), но в идеале медленной при хешировании паролей.
• Устойчивой к нахождению прообраза: зная дайджест, невозможно найти исходные данные.
• Устойчивой к коллизиям: сложно найти два набора данных с одинаковым дайджестом.
• Обладающей лавинным эффектом: изменение одного бита меняет примерно половину выходных битов.

MD5 создает 128-битный дайджест (32 шестнадцатеричных символа). Он быстр и исторически широко применялся, но криптографически взломан: существуют практические атаки на коллизии.

Никогда не используйте MD5 для обеспечения безопасности. Вы по-прежнему будете встречать его в контрольных суммах файлов и устаревших системах, поэтому во время проверок он часто становится целью атак.

Семейство SHA (безопасный алгоритм хеширования) надежнее:

• SHA-1: 160 бит. Теперь считается взломанным (атака на коллизии «SHADOW HAMMER» / Shattered). Не используйте его.
• SHA-2: включает SHA-256 и SHA-512. Широко используется и в настоящее время считается безопасным.
• SHA-3: более новый вариант на основе Keccak, альтернативный SHA-2.

Шифрование обратимо с помощью ключа. Хеширование вообще необратимо. Именно поэтому хеширование используют для хранения паролей: серверу никогда не требуется исходный пароль.

При входе в систему сервер хеширует введенное Вами значение и сравнивает его с сохраненным хешем. Если значения совпадают, Вы проходите аутентификацию. Пароль в открытом виде никогда не сохраняется.

Поскольку хеширование детерминировано, дайджест строки «password» одинаков для каждого пользователя. Злоумышленники заранее вычисляют огромные таблицы соответствий между дайджестами и исходными текстами, которые называются радужными таблицами.

Если два пользователя используют один и тот же пароль, их сохранённые хеши идентичны, что раскрывает этот факт. Простые быстрые хеши, такие как MD5 или SHA-256, сами по себе не подходят для паролей.

Соль — это уникальное случайное значение, добавляемое к каждому паролю перед хешированием. Это означает следующее:

• Одинаковые пароли дают разные хеши.
• Заранее вычисленные радужные таблицы становятся бесполезными.

Соль хранится вместе с хешем и не является секретом. Её задача — сделать каждый хеш уникальным, заставив злоумышленников взламывать их по отдельности.

bcrypt разработан специально для хранения паролей. Он намеренно работает медленно и включает настраиваемый коэффициент стоимости (коэффициент вычислительной сложности), благодаря которому алгоритм замедляется по мере совершенствования оборудования.

Хеш bcrypt содержит алгоритм, стоимость и соль в одной строке. Медленная работа — это преимущество: она ограничивает скорость, с которой злоумышленники могут перебирать варианты.

Помимо bcrypt, современные варианты хеширования паролей включают:

• scrypt: требует большого объёма памяти и устойчив к атакам с использованием GPU и ASIC.
• Argon2: победитель конкурса Password Hashing Competition, настраиваемый по времени и объёму памяти. Рекомендуемый современный вариант.
• PBKDF2: применяет быстрый хеш много тысяч раз; приемлемый, но более слабый вариант по сравнению с перечисленными выше.

Хеши применяются не только для паролей, но и для проверки целостности. HMAC (код аутентификации сообщения на основе хеша) объединяет хеш с секретным ключом, чтобы проверить целостность и подлинность сообщения.

Контрольные суммы файлов (часто SHA-256) позволяют убедиться, что загруженные данные не были изменены. В роли хакера Вы можете обнаружить изменённые или вредоносные файлы по несовпадению контрольных сумм.

В роли хакера Вы постоянно встречаетесь с хешами:

• /etc/shadow в Linux хранит хеши паролей с солью; их начало выглядит, например, как $6$ (SHA-512) или $2b$ (bcrypt).
• Windows хранит хеши NTLM в базе данных SAM.
• Веб-приложения хранят хешированные пароли в таблицах пользователей.

Распознав префикс, Вы сразу определяете алгоритм и стратегию взлома.

Теперь Вы понимаете, как работает хеширование:

• Хеширование — это одностороннее, детерминированное преобразование фиксированного размера, отличающееся от кодирования и шифрования.
• MD5 и SHA-1 взломаны; для общей проверки целостности используйте SHA-256.
• Для паролей используйте медленные алгоритмы с солью: bcrypt, scrypt или Argon2.
• Соли нейтрализуют радужные таблицы, а HMAC добавляет проверку целостности с ключом.

Далее Вы изучите симметричное и асимметричное шифрование с помощью AES и RSA.