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Hashverfahren und Sicherheit

Es gehört mittlerweile zum guten Ton, auf md5 herumzuhacken. Dabei fällt immer wieder das Argument, dass in md5 Kollisionen entdeckt wurden. Eine Kollision bedeutet, dass zwei unterschiedliche Strings zum gleichen Hash führen. Dies muss zwangsläufig bei allen Hashverfahren der Fall sein, denn eine Abbildung von viel Text auf wenig Text wird naturgemäß irgendwann eine Überschneidung bei zwei verschiedenen Inputs ergeben. Ein gutes Hashverfahren kommt also mit weniger Kollisionen daher als ein schlechtes.

Zum selbst testen (Unterschiede im Input sind mit einem Ausrufezeichen vermerkt):

$a = md5("\xA6\x64\xEA\xB8\x89\x04\xC2\xAC\x48\x43\x41\x0E\x0A\x63\x42\x54\x16\x60\x6C\x81\x44\x2D\xD6\x8D\x40\x04\x58\x3E\xB8\xFB\x7F\x89\x55\xAD\x34\x06\x09\xF4\xB3\x02\x83\xE4\x88\x83\x25\x71\x41\x5A\x08\x51\x25\xE8\xF7\xCD\xC9\x9F\xD9\x1D\xBD\xF2\x80\x37\x3C\x5B\x97\x9E\xBD\xB4\x0E\x2A\x6E\x17\xA6\x23\x57\x24\xD1\xDF\x41\xB4\x46\x73\xF9\x96\xF1\x62\x4A\xDD\x10\x29\x31\x67\xD0\x09\xB1\x8F\x75\xA7\x7F\x79\x30\xD9\x5C\xEB\x02\xE8\xAD\xBA\x7A\xC8\x55\x5C\xED\x74\xCA\xDD\x5F\xC9\x93\x6D\xB1\x9B\x4A\xD8\x35\xCC\x67\xE3");
$b = md5("\xA6\x64\xEA\xB8\x89\x04\xC2\xAC\x48\x43\x41\x0E\x0A\x63\x42\x54\x16\x60\x6C\x01\x44\x2D\xD6\x8D\x40\x04\x58\x3E\xB8\xFB\x7F\x89\x55\xAD\x34\x06\x09\xF4\xB3\x02\x83\xE4\x88\x83\x25\xF1\x41\x5A\x08\x51\x25\xE8\xF7\xCD\xC9\x9F\xD9\x1D\xBD\x72\x80\x37\x3C\x5B\x97\x9E\xBD\xB4\x0E\x2A\x6E\x17\xA6\x23\x57\x24\xD1\xDF\x41\xB4\x46\x73\xF9\x16\xF1\x62\x4A\xDD\x10\x29\x31\x67\xD0\x09\xB1\x8F\x75\xA7\x7F\x79\x30\xD9\x5C\xEB\x02\xE8\xAD\xBA\x7A\x48\x55\x5C\xED\x74\xCA\xDD\x5F\xC9\x93\x6D\xB1\x9B\x4A\x58\x35\xCC\x67\xE3");
//--------------------------------------------------------------------------------------!-------------------------------------------------------------------------------------------------------!-------------------------------------------------------!-----------------------------------------------------------------------------------------------!-------------------------------------------------------------------------------------------------------!-------------------------------------------------------!------------------

var_dump($a); //string(32) "2ba3be5aa541006b62370111282d19f5"
var_dump($b); //string(32) "2ba3be5aa541006b62370111282d19f5"
var_dump($a === $b); //bool(true)

Darüberhinaus existieren mittlerweile sogar Generatoren, die zwei völlig verschiedenen exe-Dateien den gleichen md5-Hash verschaffen. Auch Zertifikate lassen sich fälschen. So lässt sich jemandem ein selbst erstelltes Zertifikat unterjubeln oder ein Virus anstelle der eigentlich erwarteten Datei schicken, ohne dass dies durch einen md5-Check auffallen würde.

Okay, das sieht jetzt erstmal gemein aus – aber in wie weit stellt das für Webanwendungen ein Sicherheitsrisiko dar? Dazu fragen wir uns erstmal, was denn das typische Horrorszenario ist. Einem Angreifer fällt unsere komplette Datenbank in die Hände, in der alle (hoffentlich) gehashten Passwörter enthalten sind. Der Angreifer versucht nun, Strings zu erzeugen, die mit dem Hash übereinstimmen. Das kann das wirkliche Passwort sein, oder irgendein anderes, was zum gleichen Hash-Ergebnis führt (= Kollision). Bei einem Hashverfahren, bei dem es viele Kollisionen gibt, hat der Angreifer also weniger Arbeit beim Brute-Forcen des Passworts. Aber oft ist Bruteforce garnicht nötig…

Das Märchen mit den Rainbowtables

Wer reine Hashes der Form md5($password) / sha1($password) / … in der Datenbank ablegt, kann es eigentlich auch gleich sein lassen und die Passwörter im Plaintext speichern. Gut, die Aussage ist jetzt leicht provokant, aber in Zeiten von online reverse lookups und 600GB großen Rainbowtables für alle bekannten Hashverfahren bewegt man sich auf dünnem Eis.

… und alle schreien nach dem salt

define("MY_SALT", "abc123");
$password = md5(MY_SALT . $_POST['password']);

Wer das für toll hält, hält sicher auch register_globals für eine praktische Sache. Das offensichtliche Problem mit solch einem globalen salt ist, dass es mittlerweile auch vorberechnete Rainbowtables für typische salts gibt. Und selbst wenn nicht, berechnen wir in Zeiten von Amazon EC2 mit GPU Rechenunterstützung mal eben 7 Billionen Passwörter pro Sekunde – vorausgesetzt natürlich, dass der Angreifer unser salt kennt. Besser ist es da schon, für jeden User ein eigenes salt zu verwenden:

$salt = uniqid(mt_rand(), true);
$password = md5($salt . "x" . $userid . "y" . $userpassword);

Die userid und die zwei Buchstaben packen wir noch dazu, da ein simples konkatenieren von Passwort und salt im Stile $password = md5($salt . $userpassword); sehr voraussehbar ist. Wenn nun also dem Angreifer „bloß“ unsere Datenbank (als ob das nicht schon schlimm genug wäre…), nicht aber der Programmcode in die Hände fällt, wird er voraussichtlich dran scheitern die genaue Zusammensetzung zu rekonstruieren. Jetzt speichern wir $salt und $password für jeden User in der Datenbank und sind schonmal einen Schritt weiter.

Da geht noch mehr!

Das Problem mit md5 (und dem kollisionsfreieren sha1) ist, dass sie unglaublich schnell zu berechnen sind. Wenn wir also erreichen könnten, dass ein Angreifer pro Sekunde nicht 7 Billionen, sondern nur 3 Hashes erstellen kann, wären wir einen weiteren großen Schritt gekommen. Dazu können wir uns einen simplen Loop basteln:

define("ITERATIONS", 400000);
$salt = uniqid(mt_rand(), true);
$password = md5($salt . "x" . $userid . "y" . $userpassword);

for ($i = 0; $i < ITERATIONS; $i++)
{
	$password = md5($password);
}

Wenn dem Angreifer nun also zusätzlich zur Datenbank auch noch unser Quellcode in die Hände fällt, hat er trotzdem nicht viel gewonnen. Schließlich muss er für jedes Passwort eine eigene Rainbow-Tabelle anhand des einzigartigen salts erstellen und leidet zusätzlich noch fürchterlich durch die langsame Berechnungsdauer aufgrund der vielen Iterationen. Wenn man noch einen draufsetzen will, könnte man eine leicht variierende Iterationsanzahl verwenden und diese analog zum salt zusätzlich in der Datenbank mit speichern, etwa so:

$iterations = rand(300000, 500000);

Achja, in diesem Zusammenhang erwähnt sei auch „Is “double hashing” a password less secure than just hashing it once?„.

Letzte Worte

Abschließend möchte ich noch den tollen Artikel An Illustrated Guide to Cryptographic Hashes empfehlen und auf die PHP-Funktion crypt hinweisen (siehe auch den Wikipedia-Artikel zur darunterliegenden Unix-Crypt-Funktion). Hierbei wird das salten und iterieren direkt von der Funktion übernommen. Da allerdings als Hashverfahren bisher nur DES, Blowfish und MD5 unterstützt werden und ich das Handling der Funktion als sehr mühselig empfinde, spreche ich hier keine Empfehlung aus.

Um das oben angesprochene md5-Bashing nochmal aufzugreifen: Ich glaube, dass die Wahl des Hashverfahrens verglichen mit den sonstigen „Worst Practices“ wie das Versenden von Passwörtern per Email oder die Speicherung im Cookie eine eher untergeordnete Rolle einnnimmt. Nichtsdestotrotz: Da es das bessere sha1 gibt, kann man es natürlich verwenden. Achja, der übliche Disclaimer bei solchen Themen: Ich bin kein Kryptographie-Experte, sonden käue nur Meinungen bzw. Erfahrungen von mir und anderen wieder ;).

Wie geht ihr mit dem Thema um?