[資訊安全] 密碼存明碼，怎麼不直接去裸奔算了？淺談 Hash , 用雜湊保護密碼

前言

「那個……不好意思，我的暱稱是乂煞氣 a 明乂，我不小心忘記密碼了，現在沒辦法登入，能請你們幫忙嗎？」

「稍等我查詢一下喔 …… 乂煞氣 a 明乂 先生您的密碼是 ilikeakb48，下次不要忘記囉。」

好不容易拿回密碼的煞氣 a 明眉頭一皺，覺得好像哪裡怪怪的……

網站管理者看得到我的密碼，合理嗎

不知道你有沒有類似的經驗，當登入網站卻想不起來密碼時，按下「忘記密碼」，沒多久就會收到一封「補寄密碼通知信」，將你的密碼明明白白的寫在裡面。

圖片來源：我的密碼沒加密

這表示該網站在儲存你的密碼時，完全沒有加密，以「明文」的方式存在資料庫裡，這樣做其實隱含著巨大的資安風險：

1. 如果有駭客駭進了網站資料庫的主機，那所有使用者的帳號、密碼都赤裸裸地攤在駭客的眼前，每個人的帳戶、個人資料都無法倖免。
2. 如果網站管理者居心不良、或是受到威脅、或是起來上廁所時忘了切換電腦畫面，那使用者的帳號、密碼隨時都可能外洩。

駭進一台主機，總比駭進一百個帳號來的方便

因此作為一個有資訊安全意識的網站工程師，知道在儲存使用者的密碼時，應該要動一點手腳，將這組密碼「整形」，這樣即使資料庫不慎外洩，也不會讓原本密碼的模樣很容易被看出或猜到。

將密碼「整形」的手段，分為「雜湊」與「加密」兩種，這篇文章主要談論「雜湊 (hash)」。

什麼是雜湊 (Hash)

在資安領域中，雜湊是一種對資料的處理方法，透過一連串的演算，將資料轉換成看似亂碼的字串。

當我們說對密碼進行雜湊，意思就是指透過雜湊函式( hash function, 又稱雜湊演算法)，將密碼「轉換 / 整形」成完全不一樣的樣貌，經過雜湊函數轉換後的內容，稱作雜湊值(hash sum)。與整形不一樣的地方是，我們無法從轉換後的樣貌(雜湊值)，去推導出原本的模樣(原密碼)。

下面這張圖源自維基百科，模擬雜湊函式的使用，如圖所示，「Fox」經過雜湊後，得到了一個完全不同的雜湊值「DFCD3454」。

維基百科 - 雜湊函式的工作原裡

雜湊的特性

1. 不可逆。雜湊函式是一種單向函示，沒有辦法從結果去逆推回原本的內容。如上圖中輸入「Fox」經過雜湊，得到雜湊值「DFCD3454」，我們卻無法透過任何函式或算法，去知道「DFCD3454」雜湊前的原文是「FOX」。
2. 同樣的輸入經過雜湊，保證一定會得到同樣的輸出。如圖「Fox」不管經過幾次雜湊，不會得到「DFCD3454」以外的值。
3. 不定長度、無窮可能的輸入，都會得到固定長度的雜湊值，亦即輸出的長度不受原本長度的影響。如圖「Fox」和 「The red fox runs across the ice」經過雜湊後，得到一樣長度的雜湊值。
4. 雖然機率很低，但是有可能「不同的輸入」卻有「相同的雜湊值」，如果有這種情形，稱為碰撞(collision)。一個雜湊函式的好壞，也取決於是不是容易發生碰撞。
5. 即使只有一點點不一樣，雜湊出來的值仍然天差地遠，看不出關係。

利用這些特性，我們可以將經過雜湊函式後的密碼存入資料庫中，取代原本直接存明碼的形式。這樣即使駭客取得了主機資料，也無法得到原本的密碼。下面示範簡單的例子：

將密碼存成明碼的資料庫

帳號：王小明
密碼：taiwanno1

帳號：劉大華
密碼：12345678

將密碼存成雜湊值的資料庫

帳號：王小明
密碼雜湊值：637A7ECFABF4650C9D0372B84D0FF669

帳號：劉大華
密碼雜湊值：25D55AD283AA400AF464C76D713C07AD

很明顯的，即使知道了雜湊值，駭客也難以輕易解碼。而如果是本人要登入的話，主機只要對輸入的密碼做雜湊，去比對是不是符合儲存的雜湊值就可以了。

附註：範例的密碼以 MD-5 進行雜湊，如果有興趣，可以玩玩看這個提供雜湊轉換的網站：MD5 — Online generator md5 hash

常見的雜湊演算法

• SHA-0
• SHA-1 ( 已經被證明不夠安全。 2017年荷蘭密碼學研究小組 CWI 和Google 正式宣布攻破了SHA-1)
• SHA-256
• MD-5 (已經被證明不夠安全。 1996年後被證實存在弱點，可以被加以破解 ；2004年，證實 MD5 演算法無法防止碰撞)
• RIPEMD-160

雜湊加鹽

既然一樣的密碼經過雜湊以後，就一定會有一樣的雜湊值，那駭客豈不是可以針對這一點，自己建立起一個常用字串對照雜湊值的表格，藉此去破解雜湊後的密碼嗎？

比如說，我們現在把網頁拉上一點，就知道「DFCD3454」對應的密碼就是「Fox」，這樣怎麼會安全呢？

密碼與雜湊對照表
Fox → DFCD3454
The red fox runs across the ice → 52ED879E

網路世界還真的存在著這麼一張表，叫做「彩虹表」，原理就是用原本已經做好字串與雜湊值對照的表格，去強硬破解資料庫裡的密碼。

這篇文章不討論破解的實際操作，因為這其實是可以防範的，我們只要給密碼加鹽(salt)就可以了。

加鹽是指原本的密碼在雜湊之前，先加入一段固定的字串(鹽)，讓原密碼改變，比如說，我們在原本的密碼前方，都加上 1234。

Fox -(加鹽 )→ 1234Fox

The red fox runs across the ice -(加鹽)→ 1234The red fox runs across the ice

之後再拿加鹽過後的密碼去雜湊，得出新的雜湊值

1234Fox → YGA4EF67

1234The red fox runs across the ice → QE6678CD

如此一來，即使有了對照表，在沒有取得鹽，也不知道鹽是怎麼加的情形下(也可以把鹽加在密碼後面，或間隔插入)，駭客也難以在短時間內破解密碼。

而如果是本人輸入密碼的話，主機端只要照著把鹽加回密碼，接著去做雜湊，比較是否符合資料庫裡的雜湊值就可以了。

圖片來源：台灣微軟資安部落格

雜湊與加密

雖然大家習慣性常常說：加密雜湊、雜湊加密......雜湊與加密雖然常常一起使用，保護原文的安全性，但其實雜湊與加密是不相同的。

最大也是最根本性的差異，就是明文加密後會有密文與密鑰，透過密文與密鑰，可以逆推回去原本的明文內容，雜湊則不行。

那些沒有幫密碼加密的網站

很可惜，不是每個工程師的小三課本都有教資訊安全，許多知名的網站，也曾經被人發現將使用者的密碼存成明碼。若是有興趣，下面分享一些相關連結：

我的密碼沒加密

「我的密碼沒加密」也有臉書，從 2011 年開始記錄那些沒有將密碼加密的網站，其中包含一些知名的售票系統或電商。裡面也把儲存與取得密碼的過程用圖片詳細說明，呼籲網站開發者及早修正問題。非常有教育意義的良心網站。

臉書又爆資安醜聞！上億用戶密碼「沒加密」，隨便 2 萬名員工翻閱

Oops，Google 也不小心用明碼存企業用戶帳密

(新聞來源：奇摩新聞、Line Today)

尾聲

讀到這裡，我們知道了

• 煞氣 a 明皺眉的原因
• 雜湊、雜湊加鹽保護密碼的原理
• 雜湊的特性
• 為什麼要雜湊
• 密碼存明碼是違反資訊安全的起手式

下次如果遇到有網站直接大喇喇地把密碼寄給你，記得大喊：

把我的密碼存明碼

怎麼不直接叫我去裸奔算了

希望這篇文章能幫助更多人認識雜湊，一起學習資安知識。

文章內容多處來自網路上前人的筆記資料，作者加上一點不正經的話整理而成，若是內容有誤或有引用不當的地方，還請先進網友們不吝指正。

參考資料

1. 維基百科

2. Yakim shu [第十一週] 資訊安全 — 雜湊密碼：hash為什麼密碼要經過雜湊？

3. 台灣微軟資安部落格 - [資安小常識] 密碼儲存要加”鹽”才夠安全

4. Just for nothing：加密和雜湊有什麼不一樣？

5. 小朱® 的技術隨手寫：雜湊不是加密，雜湊不是加密，雜湊不是加密。

6. Lidemy 鋰學院線上課程