TIL.Bcrypt

jeong_hyeon·2022년 3월 22일

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블로피시 암호에 기반을 둔 암호화 해시 함수

Blowfish는 키(key)방식의 대칭형 블록 암호이다.
소프트웨어에서 양호한 암호화 속도를 제공하지만 현재는 고급 암호화 표준이 더 많은 눈길을 끌고 있다.

단방향 해시함수의 취약점을 보완하기위하여 등장

단방향 해시함수의 취약점

레인보우테이블 공격
- 보통 해시함수를 이용하여 저장된 비밀번호로 부터 원래의 비밀번호를 추출해 내는데 사용
무차별 대입 공격(brute force attack)
- 해시함수는 원래 짧은 시간에 데이터를 검색하기 위해 설계된 것으로 해시함수의 빠른 처리 속도로 인해 해커는 매우 빠른 속도로 임의의 문자열의 다이제스트와 해킹할 대상의 다이제스트를 비교할수있다.
  - 해시함수를 사용하여 변환가능한 모든 해시값을 저장시켜 놓은 표
  - MD5를 사용한 경우 일반적인 장비를 이용하여 초당 56억개의 다이제스트를 대입할수 있다.

단방향 해시함수 보완

솔팅(Salting)
- 패스워드에 임의의 문자열인 salt를 추가하여 다이제스트를 생성하는것으로 같은 팽스워드라도 각기다른 salt가 들어가 다이제스트가 다르게 생성되어 rainbow table을 무의미하게 만든다.
키 스트레칭(Key stretching)
- 해시를 여러번 반복하여 시간을 늘림으로써 bruteforce attack 에 대비하는것이다
  - 패스워드 다이제스트 생성 → 생성된다이제스트를 입력값으로 하여 또 다이제스트를 생성 이를 반복
  - 만약 원래대로라면 1초에 56억개를 대입하여 비교할 수있는데 키스트레칭을 적용하여 1초에 5번정도만 비교할 수있게 한다면 하나의 다이제스트를 해킹하는데 오래 걸릴 것이다.

bcrypt의 해시문자열은 다음과 같다

$2b$[cost]$[22 character salt][31 character hash]

ex)

$2a$10$N9qo8uLOickgx2ZMRZoMyeIjZAgcfl7p92ldGxad68LJZdL17lhWy
 \/ \/ \____________________/\_____________________________/
Alg Cost       Salt                        Hash

Alg : 2a = 해시알고리즘 식별자 (bcrypt)

Cost : 10 = Cost factor : 2**10 =⇒ 1.024 rounds

Salt : N9qo8uLOickgx2ZMRZoMye = 16바이트(128비트) 솔트

Hash : IjZAgcfl7p92ldGxad68LJZdL17lhWy :24 바이트 해시

알고리즘

Function bcrypt
   Input:
      cost:     Number (4..31)                      log2(Iterations). e.g. 12 ==> 212 = 4,096 iterations
      salt:     array of Bytes (16 bytes)           random salt
      password: array of Bytes (1..72 bytes)        UTF-8 encoded password
   Output:
      hash:     array of Bytes (24 bytes)

//Initialize Blowfish state with expensive key setup algorithm
   //P: array of 18 subkeys (UInt32[18])
   //S: Four substitution boxes (S-boxes), S0...S3. Each S-box is 1,024 bytes (UInt32[256])
   P, S ← EksBlowfishSetup(cost, salt, password)

//Repeatedly encrypt the text "OrpheanBeholderScryDoubt" 64 times
   ctext ← "OrpheanBeholderScryDoubt"  //24 bytes ==> three 64-bit blocks
   repeat (64)
      ctext ← EncryptECB(P, S, ctext) //encrypt using standard Blowfish in ECB mode

//24-byte ctext is resulting password hash
   return Concatenate(cost, salt, ctext)

해시 함수 종류

MD5, SHA-1, HAS-180 : 이미 보안이 뚫린 해시함수
SHA-256, SHA-512 : 특정 입력값에 대해 항상 같은 해시 값을 리턴(레인보우 어택에 취약)
PBKDF2(Password-Based Key Derivation Function)해시함수의 컨테이너인 PBKDF2는 솔트를 적용한 후 해시함수의 반복 횟수를 임의로 선택할 수 있다. PBKDF2는 아주 가볍고 구현하기 쉬우며, SHA와 같이 검증된 해시함수만을 사용한다.(Django에서 사용)
bcrypt (Key Derivation Functions)bcrypt는 처음부터 패스워드 저장을 위해서 설계되었다. bcrypt는 보안에 집착하기로 유명한 OpenBSD에서 기본 암호 인증 메커니즘으로 사용되고 있고 미래에 PBKDF2보다 더 경쟁력이 있다고 여겨진다. 입력값을 72byte로 해야 하는 부분이 PBKDF2와 scrypt와 다르다.
scrypt (Key Derivation Functions)scrypt는 상대적으로 최신 알고리즘이며 나머지 둘보다 더 경쟁력 있는 것으로 평가되나 아직 덜 확산되어 있다. scrypt는 다이제스트를 생성할 때 메모리 오버헤드를 갖도록 설계되어, brute force attack을 시도할 때 병렬화 처리가 매우 어렵다. 따라서 PBKDF2보다 안전하다고 평가되며 미래에 bcrypt에 비해 더 경쟁력이 있다고 여겨진다. scrypt는 보안에 아주 민감한 사용자들을 위한 백업 솔루션을 제공하는 Tarsnap에서도 사용하고 있다.

사용자 인터페이스 고려사항

패스워드의 길이를 제한 두지 않는다
- 제한을 둔다면 평문저장이 의심될분만아니라 brute force의 범위를 좁힐수있기 때문
최소길이는 제한하는것이 좋다.
특수문자 대소문자를 제한하지 않는다
패스워드(&민감정보)를 입력하는 POST 요청은 반드시 SSL로 보낸다.
패스워드 실패 횟수 제한을 걸어 둔다.

사용방법

bcrypt.hashpw(비밀번호.encode(’utf-8’), bcrypt.gensalt())

bcrypt.hashpw(비밀번호.encode, gensalt())
이 함수는 암호나 다른 어떤 string도 hashing해준다. 두 가지 인자를 받는다.
A string(bytes)
Salt : bcrypt.gensalt()를 통해 자동으로 랜덤값을 받을수있다.

예제

import bcrypt
password = '1234'
hash_password = bcrypt.hashpw(password.encode('utf-8'),bcrypt.gensalt())
hash_password
' $2a$12$ acusMujY4QblouspQ.681uJaTU1T.rfsxOalWzUx90yyrV46im.1G'

예제 타입

password = str
hash_password = str
qassword.encode(’utf-8’) = byte

해시패스워드 과정

패스워드를 1번 인자로 받고 encode매서드로 byte타입으로 변경후 gensalt를 통해 문자열 추가후 암호화

💡 현재 3.9버전에서는 decode를 안써도 byte타입에서 str타입으로 변환 =⇒ 라이브러리의 문제로 보임 3.9 이하의 버전에서는 hash_password = bcrypt.hashpw(password.encode('utf-8'),bcrypt.gensalt()).decode(’utf-8’) 으로 타입변환을 해주어야한다. 이유는 추후 비밀번호를 비교하는과정에서 byte타입이 아닌 str 타입으로 비교하기 때문에

bcrypt.checkpw()

비밀번호가 데이터 베이스에 저장된 값과 동일한지 확인해볼수 있는 함수이다.

b = '1234'
bcrypt.checkpw(b.encode('utf-8'), hash_password)
True
bcrypt.checkpw(b.encode('utf-8'), hash_password)
True
d = '12345'
bcrypt.checkpw(d.encode('utf-8'), hash_password)
False

이미 위에서 실행한

import bcrypt
password = '1234'
hash_password = bcrypt.hashpw(password.encode('utf-8'),bcrypt.gensalt())
hash_password
' $2a$12$ acusMujY4QblouspQ.681uJaTU1T.rfsxOalWzUx90yyrV46im.1G'

이곳의 hash_password에 salt값이 있기 때문에 hashpw인자에서 gensalt()를 추가 실행할 필요가 없다.

로그인 시에는 저장 되어있는 salt값과 매칭이 되는지 확인 하기 때문에 password를 만들때만 gensalt한다.

jeong_hyeon

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