《白帽子讲web安全》读书笔记系列9：加密算法与随机数

布满荆棘的人生 2022-02-27 12:16 156阅读 0赞

1、概述

常见的加密算法：

分组加密算法：DES、3-DES、Blowfish、IDEA、AES等

流密码加密算法：每次只处理一个字节，密钥独立于消息之外，两者通过异或实现加密与解密，RC4、ORYX、SEAL等

2、流密码

1）Reused Key Attack：流密码最常见的错误就是使用同一密钥进行多次加/解密，攻击者者不需求知道密钥即可还原明文。

解决办法：为了增加破解难度，引入了初始化向量，使用随机的初始化向量，以实现一次一密，明文每次加密后产生的密文都不同。初始化向量本身不需要保证其私密性。

2）Bit-flipping Attack：攻击者不知道明文的情况下，通过改变密文，是的明文按其需要的方式发生改变的攻击方式。

解决办法：验证密文的完整性，最常见的方法是增加带有key的MAC（Message Authentication Code），通过MAC验证密文是否被篡改。

通过哈希算法来实现的MAC，成为HMAC。

3）弱随机IV问题

authcode()函数中，默认使用4字节的IV（就是函数中的keyc），使得破解难度增大，但其实4字节的IV是很脆弱的，它不够随机，容易被暴力破解。

3、WEP破解

WEP是一种常见的无线加密传输协议，采用RC4算法，同样存在上述两种流密码攻击漏洞。

4、ECB模式的缺陷

对于分组加密算法，除去算法本身，还有一些通用的加密模式。如果加密模式被攻击，那么不论加密算法的密钥有多长，都可能不再安全。常见的加密模式：ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等。

ECB模式最大的问题出在其分组的独立性，攻击者只需要对调任意分组的密文，在经过解密后，所得明文的顺序也是经过对调的；替换某个分组密文，解密后该对应分组的明文也被替换。

CBC：链式加密，分组前后之间会相互关联，一个字节的变化会导致整个密文发生变化。

此外，ECB模式仍会带有明文的统计特征，在分组较多的情况下，其私密性也存在问题。

当需要加密的明文大于一个分组的长度时，应避免使用ECB模式。

5、Padding Oracle Attack

针对CBC模式的Padding Oracle Attack，可以在不知道密钥的情况下，通过对padding gytes的尝试，还原明文，或者构造出任意明文的密文。

Padding Oracle Attack的关键在于攻击者能够获知解密的结果是否符合padding。

6、密钥管理

密码系统的安全性应依赖于密钥的复杂性，而不应该是算法的保密性。

密钥管理中最常见的错误就是将密钥硬编码在代码里；同样，将加密密钥、签名的salt等key硬编码在代码中，也是非常不好的习惯。

硬编码的密钥在以下几种情况下可能被泄露：

1）代码被广泛传播；

2）软件开发团队的成员都能查看代码。

常见的做法是将密钥保存在配置文件或数据库中，使用时由程序读出密钥并加载进内存，密钥所在的配置文件或数据库需要严格的控制访问权限。

密钥管理的主要目的是防止密钥从非正常的渠道泄露，定期更换密钥是一种有效的做法。

一个比较安全的密钥管理系统，可以将所有的密钥的集中保存在一个服务器（集群）上，通过web service的方式提供获取密钥的API。每个应用在需要使用密钥时，通过带认证信息的API请求密钥管理系统，动态获取密钥。应用不能把密钥写入本地文件，只能加载到内存。密钥集中管理，降低了系统对密钥的耦合性，也有利于定期更换密钥。

7、伪随机数问题

伪随机数问题：伪随机数不够随机。

OpenSSL包中存在弱伪随机数算法、时间不能作为随机数、伪随机数算法的种子可能被破解。

需要使用安全的随机数：

JAVA:java.security.SecureRandom

Linux:/dev/random /dev/urandom

PHP5.3.0及其之后的版本，若支持openSSL扩展，则可以直接使用函数来生成随机数。

通过多个随机数的组合，以增加随机数的复杂性。

8、加密算法的选择和使用上的最佳实践：

1）不要使用ECB模式

2）不要使用流密码（比如RC4）

3）使用HMAC-SHA1代替MD5（甚至代替SHA1）

4）不用使用相同的key做不同的事情

5）salt与IV要随机产生

6）不要自己实现机密算法，尽量使用安全专家意见实现好的库

7）不要依赖系统的保密性

具体建议：

1）使用CBC模式的AES256用于加密

2）使用HMAC-SHA512用于完整性检查

3）使用带salt的SHA-256或SHA-512用于Hashing

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