摘要：在當今的數字世界中，密碼安全是至關重要的。爲了保護用戶密碼免受未經授權的訪問和破解，Password-Based Key Derivation Function 2 (PBKDF2)算法成爲了一種重要的工具。
在 PBKDF2 算法中，SHA 表示 Secure Hash Algorithm，它是一系列密碼哈希函數的標準，其中 SHA-1、SHA-256、SHA-384 和 SHA-512 等是常見的版本。因此，PBKDF2-SHA 就是使用 SHA 系列算法作爲其內部哈希函數的密碼派生函數。
PBKDF2-SHA 算法的工作原理是通過多次迭代將輸入的密碼和鹽值進行混合和計算，以生成一個安全的密鑰。這樣設計可以增加攻擊者破解密碼所需的時間和資源成本，提高密碼的安全性。
PBKDF2算法的優點
PBKDF2算法具有以下優點：
2.1. 密碼安全性提升
PBKDF2算法通過迭代應用一個僞隨機函數來增加密碼的安全性。這種迭代過程使得破解者需要更多的計算資源和時間來破解密碼，從而大大增加了密碼的安全性。
2.2. 強大的密鑰派生功能
PBKDF2算法可以根據用戶提供的密碼和鹽值生成一個強大的密鑰。這個密鑰可以用於加密和解密數據，同時也可以用於生成消息驗證碼等。
2.3. 可擴展性和靈活性
PBKDF2算法可以根據需要進行迭代次數的調整，以適應不同的安全需求。這使得算法具有較高的靈活性，並可以根據應用程序的要求進行調整。
3. PBKDF2算法的缺點
儘管PBKDF2算法具有許多優點，但也存在一些缺點：
3.1. 計算資源消耗較高
由於PBKDF2算法需要進行多次迭代，因此它對計算資源的消耗相對較高。這可能會對一些資源有限的設備或系統造成一定的負擔。
3.2. 不適合高速加密需求
由於PBKDF2算法的計算量較大，它在高速加密需求的場景下可能表現不佳。對於這些場景，可以考慮使用更高效的密鑰派生函數。
4. PBKDF2算法的應用
PBKDF2算法主要應用於密碼存儲和驗證過程中。它解決了以下問題：
4.1. 密碼泄露的風險
通過將用戶密碼轉換爲密鑰，PBKDF2算法可以大大降低密碼泄露的風險。即使攻擊者獲取了存儲的密碼數據，他們也無法輕易地破解出原始密碼。
4.2. 弱密碼的安全性
PBKDF2算法可以增加弱密碼的安全性。通過迭代和鹽值的引入，即使用戶選擇了弱密碼，破解者也需要付出更大的代價才能破解密碼。
在keycloak中的應用
在使用 PBKDF2-SHA256 算法進行密碼哈希時，通常會將生成的鹽值和哈希後的密碼一起存儲在數據庫中。當用戶下次輸入相同的明文密碼時，您需要按照以下步驟來對比用戶輸入的密碼與庫裏存儲的密碼是否相同：
- 從數據庫中獲取該用戶的鹽值和已經哈希後的密碼。
- 使用獲取到的鹽值和用戶輸入的明文密碼，結合 PBKDF2-SHA256 算法再次計算哈希值。
- 將上一步得到的哈希值與數據庫中存儲的哈希密碼進行比較。
- 如果兩個哈希值相同，則說明用戶輸入的密碼是正確的；如果不同，則密碼不匹配。
簡而言之，您需要在用戶登錄時重新計算哈希值，並將其與數據庫中存儲的哈希密碼進行比較以驗證用戶身份。這樣設計可以保證用戶密碼的安全性，同時也能夠防止彩虹表攻擊等惡意破解手段。
PBKDF2工具類
/**
* PB KDF2 SHA工具類
*
* @author lind
* @date 2024/5/8 8:20
* @since 1.0.0
*/
public class PBKDF2SHAUtils {
private static final String PBKDF_2_WITH_HMAC_SHA_512 = "PBKDF2WithHmacSHA512";
private static final int ITERATIONS = 30000;
private static final int DERIVED_KEY_SIZE = 256;
/**
* PB KDF2 SHA256加密
* @param rawPassword
* @param salt
* @return
*/
public static String encodedCredential(String rawPassword,byte[] salt){
return encodedCredential(rawPassword, ITERATIONS,salt, DERIVED_KEY_SIZE);
}
// 加密
public static String encodedCredential(String rawPassword, int iterations, byte[] salt, int derivedKeySize) {
KeySpec spec = new PBEKeySpec(rawPassword.toCharArray(), salt, iterations, derivedKeySize);
try {
byte[] key = getSecretKeyFactory().generateSecret(spec).getEncoded();
return new String(Base64.getEncoder().encode(key));
}
catch (InvalidKeySpecException e) {
throw new RuntimeException("Credential could not be encoded", e);
}
catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
// 隨機鹽
public static byte[] getSalt() {
byte[] buffer = new byte[16];
SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
secureRandom.nextBytes(buffer);
return buffer;
}
private static SecretKeyFactory getSecretKeyFactory() {
try {
return SecretKeyFactory.getInstance(PBKDF_2_WITH_HMAC_SHA_512);
}
catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new RuntimeException("PBKDF2 algorithm not found", e);
}
}
}
單元測試代碼
@Test
public void generatePassword() {
String rawPassword = "123456";//原密碼
byte[] salt = PBKDF2SHAUtils.getSalt();// 隨機鹽，需要存儲
String encodePass = PBKDF2SHAUtils.encodedCredential(rawPassword, salt);// 祕文，需要存儲
System.out.println("encodePass:" + encodePass);
String formData = "123456"; // 表單數據
Assert.equals(encodePass, PBKDF2SHAUtils.encodedCredential(formData, salt));// 與庫裏密碼對比
}