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标签： cyber-security

  • 了解非加密哈希算法

    原始讨论见： https://v2ex.com/t/1145673

    我问 Gemini：

    帮助我理解下面的讨论：

    A:

    总共有关联 6 个问题，没找到答案，于是想一起问。

    1. 对于>256 字节的文件，对全文和尾部 128 位字节分别进行 xxHash3-128 然后拼接得到 256bit 散列和 SHA256 一次得到的 256bit 哪个更抗碰撞？
    2. 用于命名用户上传的文件，另外加盐用拼接还是 XOR 方式更好？
    3. 如果拼接的话，拼接在开头是不是要把原文 byte[]复制一遍，影响性能？
    4. 我知道应用于签名场景的话不能拼接在末尾，因为 SHA256 可以向末尾追加块，但是应用于标题这个场景是否安全（会增加暴露盐值让 hash 值可预测）？
    5. 如果通过将原文头部和盐 XOR 运算效果会不会更好？
    6. xxHash3 的 seed 可以代替盐吗？

    B:

    1. 把 xxHash3-128 和 SHA-256 对比还挺滑稽的，因为 xxHash3 从未为密码学设计，而安全性是全称命题（感性认知上属于不刻意设计就很可能不存在的性质）。
    2. 不理解什么是用 XOR 加盐，但我能想象的最简单的方式（ XOR 消息之后散列，或者 XOR 散列值，或者两者都做）都很糟糕。
    3. 大多数 hash 算法都支持流式喂送数据，你只要调用两次名字类似 AppendData / Update 的方法就行了。
    4. 不太确定你想象中的“签名”是什么。如果你说的是 HMAC ，首先这是 MAC 而不是签名，然后 HMAC 和简单 hash 区别很大。
    5. 见 3.
    6. 见 1.
      另外，盐是散列函数索引 (hash key/index, or “seed” sometimes) 的实践表现，每个散列函数使用独立的 seed 从可证明安全角度自然没有“再加盐”的必要。

    Gemini 回答：

    好的，我们来深入解析一下这段对话。

    这段讨论的核心是：用户 A 试图通过“自己动手”的方式，将一个非加密哈希算法 (xxHash) 改造得“足够安全”，用于文件命名。而用户 B 则以一个更专业的安全视角，指出了这种做法的根本性错误和危险性。

    简单来说，A 在问“我该如何用木头造一辆跑车？”，而 B 在回答“你不应该用木头造跑车，你应该直接去买一辆真正的跑车。”

    下面我将逐条为你详细解释，并补充一些背景知识。

    核心思想解析

    • 用户 A 的目标: 为用户上传的文件生成一个唯一的、抗碰撞的、256位的标识符（文件名）。他希望兼顾 xxHash 的速度和 SHA256 的安全性。
    • 用户 A 的方法: “自己动手，创造密码学”（Roll Your Own Crypto）。他想通过拼接、XOR、加盐等方式，把一个不安全的东西变得安全。
    • 用户 B 的观点: 这是密码学中的第一大忌。安全性是一个系统性的、需要严格数学证明的属性，不是通过简单的“混合”就能得到的。使用未经安全设计的算法来处理安全问题，从一开始就错了。

    逐条问题详解

    问题 1: xxHash3 拼接 vs. SHA256，哪个更抗碰撞？

    • A 的提议: hash = xxHash3_128(全文) + xxHash3_128(文件尾部)
    • B 的回答: “把 xxHash3-128 和 SHA-256 对比还挺滑稽的…安全性是全称命题。”
    • 专家解读:
      • B 的回答一针见血。这个问题的比较本身就没有意义。
      • SHA256 的抗碰撞性是密码学级别的。意思是，即使有一个拥有巨大算力的恶意攻击者，想主动找出两个不同的文件能产生同一个 SHA256 值，在计算上也是不可行的。
      • xxHash 的抗碰撞性是统计学级别的。意思是，对于随机的、非恶意的输入，它能很好地将它们散列到不同的值，以避免“意外”碰撞。但如果一个攻击者知道你用了 xxHash，他可以非常轻松地、在几毫秒内构造出无数个能产生相同 xxHash 值的文件。
      • A 的拼接方案安全性如何？它的安全性等同于其最薄弱的一环，也就是 xxHash。 攻击者完全可以忽略你的拼接手法，直接针对 xxHash 的弱点进行攻击。因此，A 的方案完全不具备密码学上的抗碰撞性。

    问题 2 & 5: 加盐用拼接还是 XOR？

    • A 的提议: hash(盐 + 原文) 还是 hash(盐 XOR 原文)？
    • B 的回答: “不理解什么是用 XOR 加盐…（但）都很糟糕。”
    • 专家解读:
      • B 的直觉是完全正确的。在密码学中，处理输入数据的标准方式是拼接，而不是 XOR。
      • 拼接 (Concatenation): hash(salt + message) 是相对标准和安全的方式（尤其是在盐是固定长度且放在前面时）。
      • XOR: hash(salt XOR message) 是非常危险的。如果 salt 比 message 短，它会被重复使用，产生密码分析上的弱点。更糟糕的是，如果攻击者能以某种方式控制部分 message，他或许能抵消掉 salt 的作用。例如，如果文件的开头是一段固定的、已知的头部信息，攻击者就可以通过 XOR 操作推断或抵消盐值。永远不要用 XOR 来“混合”盐和消息。

    问题 3: 拼接的性能问题

    • A 的担忧: salt + message 是不是要把 message 的字节数组完整复制一遍，影响性能？
    • B 的回答: “大多数 hash 算法都支持流式喂送数据，你只要调用两次…Update 的方法就行了。”
    • 专家解读:
      • B 的回答是 100% 正确的，并指出了一个关键的工程实践。
      • 所有设计良好的哈希库都提供流式（Streaming）API。你不需要在内存里把盐和整个文件拼接成一个巨大的新对象。
      • 操作流程是这样的：
        1. 初始化一个哈希上下文（hasher）。
        2. 向 hasher “喂”入盐 (hasher.update(salt))。
        3. 接着向同一个 hasher “喂”入文件的内容，可以一块一块地喂，不需要一次性读入内存 (hasher.update(file_chunk_1), hasher.update(file_chunk_2), …)。
        4. 最后，从 hasher 中获取最终的哈希结果 (hasher.digest())。
      • 这种方式内存效率极高，无论文件有多大。

    问题 4: 盐放在末尾与签名

    • A 的担忧: 知道 hash(message + salt) 对于签名场景不安全（因为长度扩展攻击），那么在文件命名场景下是否安全？
    • B 的回答: “不确定你想象中的‘签名’是什么…如果你说的是 HMAC…区别很大。”
    • 专家解读:
      • A 了解到一个真实的攻击——长度扩展攻击 (Length Extension Attack)，这值得肯定。这种攻击针对 hash(secret + message) 这种结构。
      • B 再次纠正了 A 的术语和理解。A 想要的不是“数字签名”（通常基于非对称加密），而是消息认证码 (MAC)，它用于验证消息的完整性和真实性。
      • HMAC (Hash-based MAC) 是解决这个问题的标准方案。它的结构是 hash( (key XOR opad) + hash( (key XOR ipad) + message) )。这个复杂的结构就是为了彻底防御长度扩展攻击等问题。
      • 对于 A 的文件命名场景，虽然长度扩展攻击本身可能不是直接威胁，但这再次暴露了他试图“自己动手”解决一个已有标准方案的问题。正确做法就是使用 HMAC-SHA256。

    问题 6: xxHash3 的 seed 可以代替盐吗？

    • A 的提议: 用 xxHash 自带的 seed 功能是不是就不用自己加盐了？
    • B 的回答: “见 1…盐是散列函数索引…的实践表现…使用独立的 seed…没有‘再加盐’的必要。”
    • 专家解读:
      • B 的回答分为两层：
        1. “见 1”: 既然 xxHash 本身不安全，讨论如何“安全地”使用它的 seed 就没有意义了。这是根本问题。
        2. 但是，从理论上讲：B 的第二部分解释非常到位。在一个设计良好的哈希函数中，seed 或 key 参数就是实现“加盐”功能的正确方式。它被设计为算法初始状态的一部分，比手动在外部拼接更安全、更高效。
      • 所以，如果我们在使用一个密码学安全的哈希函数（比如 BLAKE3），那么使用它自带的 key 参数就是最理想的“加盐”方式，不需要再手动拼接。A 的问题本身是好的，只是用错了对象。

    总结与正确方案

    用户 A 的所有问题都源于一个错误的前提：试图用非安全工具解决安全问题。

    解决 A 的原始需求的正确方案是什么？

    他需要一个快速、安全、能加盐的哈希算法来为文件命名。

    方案一：行业标准 (The Gold Standard)

    使用 HMAC-SHA256。它绝对安全，被广泛应用和审查。速度对于单个文件命名来说完全足够。

    # 'secret_key' 应该是你保密的、随机生成的长字符串
# 'input_file' 是用户上传的文件
openssl dgst -sha256 -hmac "secret_key" input_file

    方案二：现代、高性能的选择 (The Best of Both Worlds)

    使用 BLAKE3。这是一个现代的加密哈希算法，它：

    1. 极其快速：速度与 xxHash 相当，远超 SHA256。
    2. 密码学安全：由顶级密码学家设计，安全性与 SHA-256 同级。
    3. 内置 keyed hashing 模式：这正是 A 想要的 seed 功能，是实现“加盐”的完美方式。

    这完美地满足了 A 对速度和安全性的所有要求。