【进阶】安全的密码存储与验证

# 2.1 加密算法与哈希函数

### 2.1.1 加密算法的原理和分类

加密算法是将明文转换为密文的过程，其原理是利用数学运算将明文信息进行扰乱，使得未经授权的人无法直接获取明文内容。常见的加密算法有对称加密算法和非对称加密算法。

**对称加密算法**使用相同的密钥对明文进行加密和解密，常见的算法有 AES、DES、3DES 等。其优点是加密和解密速度快，缺点是密钥管理复杂，容易受到中间人攻击。

**非对称加密算法**使用一对公钥和私钥进行加密和解密，公钥用于加密，私钥用于解密。常见的算法有 RSA、ECC 等。其优点是密钥管理简单，安全性高，缺点是加密和解密速度较慢。

# 2 密码存储的实践方法

### 2.1 加密算法与哈希函数

#### 2.1.1 加密算法的原理和分类

加密算法是用于将明文（可读数据）转换为密文（不可读数据）的数学函数。加密算法的基本原理是使用密钥对明文进行变换，使得未经授权的人无法还原密文。

加密算法可分为两大类：

- **对称加密算法：**使用相同的密钥进行加密和解密，例如 AES、DES。
- **非对称加密算法：**使用一对密钥进行加密和解密，公钥用于加密，私钥用于解密，例如 RSA、ECC。

#### 2.1.2 哈希函数的特性和应用

哈希函数是一种单向函数，将任意长度的输入转换为固定长度的输出（哈希值）。哈希函数具有以下特性：

- **单向性：**无法从哈希值反推出输入。
- **抗碰撞性：**难以找到两个不同的输入产生相同的哈希值。
- **确定性：**相同的输入始终产生相同的哈希值。

哈希函数广泛用于密码存储，因为它们可以安全地存储密码而无需实际存储明文。

### 2.2 密码存储策略

#### 2.2.1 单向加密与不可逆加密

单向加密是一种加密算法，只能将明文加密为密文，无法将密文还原为明文。单向加密算法通常用于密码存储，因为即使攻击者获得了密文，也无法从中恢复明文。

不可逆加密是一种单向加密算法，即使知道密钥也无法还原明文。不可逆加密算法通常用于存储高度敏感的信息，例如金融数据或医疗记录。

#### 2.2.2 盐值与迭代次数

盐值是一个随机字符串，添加到密码之前进行哈希。盐值的作用是防止彩虹表攻击，即攻击者预先计算常见密码的哈希值并将其存储在表中。通过添加盐值，攻击者无法使用彩虹表来破解密码。

迭代次数是哈希函数执行的次数。增加迭代次数可以提高哈希值的强度，使攻击者更难破解密码。

# 3. 密码验证的理论基础

密码验证是密码学中的一个重要概念，它涉及到验证用户提供的密码是否与存储在系统中的密码匹配。密码验证的理论基础建立在以下几个关键原则之上：

**单向性：**密码验证算法是单向的，这意味着它只能从密码生成哈希值，而无法从哈希值反向生成密码。这确保了即使攻击者获得了存储的哈希值，他们也无法恢复原始密码。

**不可逆性：**密码验证算法是不可逆的，这意味着无法从哈希值中恢复原始密码。即使使用强大的计算资源，也无法破解哈希值并恢复密码。

**盐值：**盐值是一个随机字符串，添加到密码中以防止彩虹表攻击。彩虹表是一种预先计算的哈希值表，攻击者可以使用它来快速查找密码。通过使用盐值，每个用户的密码都会生成一个唯一的哈希值，从而使彩虹表攻击无效。

**迭代次数：**迭代次数是密码验证算法中使用的参数，它控制哈希函数的执行次数。增加迭代次数会使攻击者更难破解哈希值，因为它需要更多的计算时间。

**密钥派生函数 (KDF)：**KDF 是一种算法，它使用密码和盐值生成一个密钥，该密钥随后用于加密或解密数据。KDF 的目的是从密码中派生出一个更强的密钥，从而提高安全性。

### 密码验证的流程

密码验证过程通常涉及以下步骤：

1. **用户输入密码：**用户在登录表单中输入他们的密码。
2. **哈希计算：**系统使用存储的盐值和迭代次数对用户输入的密码进行哈希计算。
3. **哈希值比较：**系统将计算出的哈希值与存储的哈希值进行比较。
4. **验证成功或失败：**如果计算出的哈希值与存储的哈希值匹配，则验证成功，用户被授予访问权限。否则，验证失败，用户被拒绝访问。

### 安全考虑

在实