常用的签名算法

写在前面：加密和签名是两回事，加密的目的是防止信息泄露，签名的目的是防止篡改和伪造

MD5、SHA-1、SHA-256、HMAC-SHA256等属于哈希算法，计算数字摘要，不可逆，有碰撞

DES、AES、RSA等属于加密算法，对数据进行加解密，可逆

MD5签名

MD5签名通常先按照一定规则排列待签名数据，进行加盐（拼key），然后使用MD5摘要算法计算摘要，得到的散列值即为sign

MD5验签即按照相同的规则排列待签名数据，使用相同的key，然后使用MD5摘要算法计算摘要，对比自己得到的sign值和对方传过来的sign值是否相等

参考资料：MD5算法原理

MD5签名的优点

• 运行速度快
• 任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的（128bit，即32位16进制数）

MD5签名的缺点

MD5作为一种散列算法，虽然很难发生散列碰撞，但是仍然存在两种不同数据会发生碰撞

MD5碰撞

已知明文A，可以计算得到另一个明文B和A的MD5值相同，但是并不能保证B是一段有意义的文字

未知明文A，已知MD5值X，无法计算得到明文A

MD5破解方法（MD5值反推明文）

暴力枚举、字典法、彩虹表法（对字典表的优化）

参考资料：MD5破解方法

MD5算法已不那么不安全

• MD5不应该被用于软件/文件完整性的校验
• MD5不应该被用于数字证书
• 禁止将密码等敏感信息直接MD5后存储，必须加盐
• MD5作为接口参数的签名算法，拼的key必须严格保密，所以不适合做提供给外公司调用的接口的签名算法
• MD5作为接口参数的签名算法，key一般拼接在待签名数据的后面，可能会被暴力枚举法攻击得到key，所以key不能太简单

什么情况下适合用MD5作为签名算法？

• 提供给公司内部调用，但是又有一定安全性要求的接口。比如阅饼赠送接口、支付宝单笔转账接口等，有wiki查询权限的人就可以手工调用
• 对性能要求比较高，又有一定安全性要求的接口

SHA-1算法

网上的这篇文章说的比较清楚：SHA1算法原理

SHA-1算法已不那么不安全

SHA-1一般被应用于数字证书的签名哈希算法，或者RSA签名中的哈希算法
经过权威机构证实，sha1算法的不安全性越来越高，sha指纹造假成本越来越低，随即微软、谷歌等IT巨头相继发布弃用sha1哈希算法声明，第三方认证机构自2016年1月1日起，将全面停止签发SHA1算法的数字证书。

SHA-256算法

网上的这篇文章说的比较清楚：SHA256算法原理

小tips

SHA-1算法和SHA-256算法并不是近亲，SHA-256算法属于SHA-2算法。SHA-1是160位的哈希值，而SHA-2是组合值，有不同的位数，SHA-256就是256位的SHA-2。SHA-1算法和MD5算法都是由MD4算法导出，所以这俩是近亲。

SHA-256算法的应用

• 数字证书的签名算法，替代SHA-1
• 比特币，区块链
• RSA签名中使用的哈希算法

MD5、SHA-1、SHA-256比较

• 速度：MD5>SHA-1>SHA-256
• 安全性：MD5<SHA-1<<SHA-256
• 哈希值长度：MD5(128bit)<SHA-1(160bit)<SHA-256(256bit)

什么情况下适合用SHA-256作为签名算法？

• SHA-256做签名仍然需要加盐（拼key），所以适合内部使用
• 时间消耗大约是MD5的1.5倍到2倍，CPU负载也更高，在性能要求不高的情况下代替MD5

慢哈希bcrypt

顾名思义，慢哈希就是很慢，主要为了防止暴力破解。由于慢，通常都用在客户端或者对性能没什么要求的场景

加盐

随机盐还是固定盐？

• 固定盐就是所有的密码使用统一的salt，放在代码里，salt需要有一定复杂度
• 随机盐可以使用用户的一个唯一的、必有的、不可更改的属性来生成盐，需要同样存到库里，但是可以分开存储

固定盐的缺点

• 会被黑客找到弱密码：统计哪些哈希值出现的频率较高，哪些就是弱密码
• 有可能被彩虹表破解

加盐的方式

业内通用的一般是MD5(MD5(password)+salt)或SHA256(SHA256(password)+salt)

服务端加盐

客户端进行SHA256(password)，并传输给服务端，服务端进行SHA256(SHA256(password)+salt)

• 更安全的方式是同时使用https
• 更更安全的方式可以参考扩展阅读中的“即使被拖库，也可以保证密码不泄露”

“弱密码”究竟安不安全？为什么现在的支付密码普遍是六位数字？

• 复杂的密码用户容易忘记
• 首先要登录才允许支付
• 其他安全手段，比如：绑定手机号，绑定设备，在设备更换时发送验证码
• 有限的允许错误次数

扩展阅读

• 设计安全的账号系统的正确姿势
• 即使被拖库，也可以保证密码不泄露

RSA签名

RSA签名过程

1. 按照一定规则排列待签名数据得到待签名字符串
2. 使用MD5、SHA-1、SHA-256（推荐）等哈希算法计算出待签名字符串的摘要
3. 对摘要使用私钥加密

RSA验签过程

1. 对签名进行公钥解密，得到摘要
2. 按照一定规则排列待签名数据得到待签名字符串
3. 使用约定的哈希算法计算出待签名字符串的摘要
4. 比较两个摘要是否相同

RSA签名的优点

• 安全性高
• 使用非对称加密，有助于对密钥的保护

RSA签名的缺点

慢

什么情况下适合用RSA签名算法？

• 性能要求不高但安全性要求高
• 给其他公司的接口
• 服务端和客户端之间的接口

ps:小数据如果既要加密又要签名，可以直接使用RSA私钥加密整个数据，接收方公钥解密，不做签名

拼接待签名字符串的一些问题

1. 当url中和body中有一个相同的参数但是其值不同，验签和实际使用的参数可能不一致，产生漏洞
   • 约定只使用get或post的参数
   • 验签放在取值之后，用实际取到的参数拼接待签名字符串
   • k，v不放到字典中，而是先拼接成k=v，然后放到set中
2. 若存在两个接口，参数相同，签名key也相同，可以直接拿A接口的参数去请求B接口，产生漏洞
   • 定一个比如叫service_name的参数，来约定接口名称，参与签名
   • 将接口url以一定的规则参与到签名中
3. 指定哪些参数需要参与签名
   • 不灵活，比如接口请求增加需要参与签名的参数要改动签名的逻辑，返回增加需要参与签名的参数需要通知所有调用方
4. 指定哪些参数不需要参与签名
   • 通常不需要参与签名的参数比较固定，例如sign_type
   • 使用MD5作为签名算法时，可能会被杂凑攻击

签名无法防止重放攻击

比如赠送代金券的接口，拿到一个真实请求以后重复调用。
解决方案：

1. 增加时间戳字段（需参与签名），保存X时间的请求验证是否重复，时间戳超过X时间则认为请求无效
2. 由业务来保证，增加一个唯一的流水号，不重复赠送

算法速度比较

• 环境：本地 window10 i5-6300U

• 语言：java

• 文本：汉字，length770

• 字符集:utf-8

• 循环计算10000次，一共执行10次，取平均毫秒数

  1. md5:128
  2. sha1:158
  3. sha256:218

• 循环计算1000次，一共执行10次，取平均毫秒数

  1. rsa-1024-sha1:879
  2. rsa-1024-sha256:987
  3. rsa-2048-sha256:4309