口令破解與防范技術(shù)研究

尚旭哲　王潤(rùn)田　孫穎　付瑜菲

摘? ?要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)功能的日益完善，信息資源共享也愈發(fā)普遍，直接導(dǎo)致了信息安全保密問(wèn)題突出、公民隱私權(quán)受侵害的風(fēng)險(xiǎn)大幅提升等一系列問(wèn)題。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用信息安全維護(hù)措施尤為重要，口令安全作為信息系統(tǒng)安全的重要環(huán)節(jié)之一，是保護(hù)信息不受泄露的首道屏障?；诖?，文章以當(dāng)前口令保護(hù)研究現(xiàn)狀為背景，通過(guò)對(duì)口令破解、口令加密以及口令安全的研究，總結(jié)歸納出行之有效的信息安全保護(hù)技術(shù)，力圖為筑牢網(wǎng)絡(luò)安全“防護(hù)網(wǎng)”建言獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞：口令;口令破解;口令加密;口令安全

中圖分類(lèi)號(hào)： TP393.08? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： With the continuous development of computer network and the improvement of network function， the sharing of information resources is becoming more and more common， which directly leads to a series of problems， such as problems of information security and confidentiality， and the risk of infringement of citizens' privacy rights. Therefore， timely detection and application of information security measures are particularly important. Password security， as a part of information system security， is the first barrier to protect information from leakage. Based on this， based on the current research status of password protection， this paper summarizes the effective technology through the research of password cracking， password encryption and password security， and tries to make suggestions for building a network security "protective net ".

Key words： password; password cracking; password encryption; password security

1 引言

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在即時(shí)通信、商業(yè)溝通等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，信息安全保密問(wèn)題日益突出，公民在獲得極大便利的同時(shí)面臨著個(gè)人信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)。如今的操作系統(tǒng)和常用軟件都不同程度地采用了加密技術(shù)，密碼的出現(xiàn)在一定程度上解決了信息的安全性問(wèn)題，但是由于CPU運(yùn)算速度與網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的不斷加快，對(duì)于密碼強(qiáng)度和加密方法的要求也逐漸提高。有矛就有盾，有人破解，就會(huì)有人防范。對(duì)于用戶(hù)而言，最為有效的防范措施就是提高口令強(qiáng)度，即通過(guò)增加口令長(zhǎng)度、采用非常規(guī)字符等方式實(shí)現(xiàn)口令的相對(duì)安全;對(duì)于系統(tǒng)而言，保證安全性就要安裝和管理補(bǔ)丁，正確配置系統(tǒng)參數(shù)，及時(shí)升級(jí)更新系統(tǒng)，防止因系統(tǒng)漏洞造成的口令泄露、刪除或修改。

在對(duì)口令安全進(jìn)行分析論述之前，本文研究人員認(rèn)為有必要對(duì)口令的內(nèi)涵進(jìn)行了解?？诹钍怯蓴?shù)字、字母、特殊符號(hào)組成的僅為被授權(quán)人所知的字符串。值得區(qū)分的是密碼和口令兩組概念，二者之間區(qū)別相對(duì)模糊，相較于密碼而言，口令的長(zhǎng)度較短、強(qiáng)度較低、更容易受到攻擊與破壞。其實(shí)在一般情況下，可以忽略口令和密碼的細(xì)微區(qū)別，視為同一概念處理。

2 口令破解方式探析

2.1 直接獲取

直接獲取即通過(guò)監(jiān)聽(tīng)、木馬等方法直接獲取用戶(hù)相關(guān)信息。有時(shí)獲取的密碼是經(jīng)過(guò)哈希加密后的密文，這一部分將在本文的暴力破解中進(jìn)一步闡釋。

（1）木馬入侵

特洛伊木馬程序一般可以主動(dòng)修改系統(tǒng)中的Telnet和login程序，以便將用戶(hù)的賬號(hào)和口令記錄到一個(gè)文件中，然后將這個(gè)文件發(fā)送給黑客。由于木馬在注入遠(yuǎn)程客戶(hù)機(jī)時(shí)成為了計(jì)算機(jī)內(nèi)部的合法程序，往往不易被管理者發(fā)覺(jué)。

（2）窺探監(jiān)聽(tīng)

黑客利用與被攻擊系統(tǒng)接近的機(jī)會(huì)，安裝嗅探器或者對(duì)這些信息進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)和竊取，從而獲取賬戶(hù)和口令。黑客所使用的嗅探器通常只收取而不發(fā)送數(shù)據(jù)包，所以在檢測(cè)過(guò)程中不易被管理員發(fā)現(xiàn)，對(duì)信息安全具有一定的威脅性。

（3）后門(mén)潛入

后門(mén)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者預(yù)先設(shè)計(jì)的一種可以繞過(guò)系統(tǒng)已有安全設(shè)置獲取訪問(wèn)權(quán)限的系統(tǒng)登錄方法，以方便設(shè)計(jì)者在開(kāi)發(fā)期間對(duì)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的調(diào)試和修改。通常在程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成后，大部分后門(mén)會(huì)被刪除，不過(guò)仍然存在少數(shù)后門(mén)遺留情況。這些后門(mén)具有很好的隱蔽性，為熟悉系統(tǒng)的人員提供了越過(guò)對(duì)方安全設(shè)置潛入系統(tǒng)進(jìn)行信息竊取和破壞的方法。

（4）社會(huì)工程學(xué)

社會(huì)工程學(xué)在信息安全領(lǐng)域被譽(yù)為“一種讓他人遵從自己意愿的科學(xué)或藝術(shù)”。當(dāng)黑客將社會(huì)工程學(xué)應(yīng)用于信息獲取時(shí)，無(wú)須入侵目標(biāo)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。例如，某網(wǎng)站因系統(tǒng)漏洞，泄露了大量用戶(hù)信息，黑客便可以通過(guò)這些信息得出用戶(hù)在其他網(wǎng)站上的賬號(hào)及密碼，從而獲取種種權(quán)限。

再如近些年興起的電信詐騙案件，嫌疑人通過(guò)撥打詐騙電話(huà)、發(fā)送詐騙短信、構(gòu)造釣魚(yú)網(wǎng)站等一系列手段，充分利用被害人貪婪、恐懼等心理因素，套取其銀行賬戶(hù)密碼或脅迫其轉(zhuǎn)賬，這也是一種典型的社會(huì)工程學(xué)攻擊。

2.2 暴力破解

（1）字典窮舉法

當(dāng)直接獲取口令難以奏效時(shí)，黑客往往會(huì)利用字典窮舉法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)入侵。即首先采用“Finger遠(yuǎn)端主機(jī)名”找出主機(jī)上的用戶(hù)賬號(hào)，然后根據(jù)用戶(hù)的姓名、生日等信息生成一個(gè)字典，并從字典中選取一串字符作為口令輸入遠(yuǎn)端主機(jī)，申請(qǐng)登陸系統(tǒng)。若口令正確，則進(jìn)入系統(tǒng);反之，程序?qū)凑兆值漤樞蜻M(jìn)行嘗試，直至發(fā)現(xiàn)正確的口令或者字典中所有字符串被嘗試完畢。隨著計(jì)算機(jī)CPU處理能力的增強(qiáng)，字典攻擊成為最“簡(jiǎn)單便捷”的口令破解方法。如表1所示，針對(duì)不同組合數(shù)字符集，不同系統(tǒng)完成“攻擊”所需時(shí)間不同且差異較大。

（2）哈希碰撞

由于哈希計(jì)算無(wú)法像函數(shù)那樣實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的一一對(duì)應(yīng)，這就可能導(dǎo)致原信息經(jīng)過(guò)哈希計(jì)算后得到同一個(gè)“代號(hào)”，這種情況被稱(chēng)為哈希碰撞。以MD5為例，一個(gè)MD5值由32個(gè)16進(jìn)制數(shù)組成，也就是說(shuō)所有的MD5值最多可以不重復(fù)地表示1632段不同的信息。假設(shè)現(xiàn)在有1632+1段互不相同的信息，根據(jù)鴿巢原理，這些信息中至少有一對(duì)信息的MD5值相同，即出現(xiàn)了MD5值的碰撞。

哈希碰撞在口令破解領(lǐng)域具有重要意義。如果黑客掌握了用戶(hù)口令的哈希值，那么只需找到與其對(duì)應(yīng)的哈希等價(jià)明文即可當(dāng)作口令使用。并且如果服務(wù)端程序出現(xiàn)重大漏洞，還可能會(huì)出現(xiàn)哈希偽碰撞的情況。例如，在使用Php腳本的Apache服務(wù)器中，如果哈希值的比對(duì)采用的是雙等號(hào)比較而非三等號(hào)比較，且比對(duì)的兩邊都是以“0e”開(kāi)頭的不同哈希值時(shí)，這兩個(gè)哈希值會(huì)被當(dāng)做數(shù)字0的若干次方來(lái)處理，最終的結(jié)果是二者都為0，比對(duì)結(jié)果相同。任取一段信息，它的哈希值以“0e”開(kāi)頭的概率高達(dá)1/256，在這種情況下，口令破解的效率被提高了1630倍。

（3）彩虹表破解

現(xiàn)階段應(yīng)用體系中，口令的鑒別通常是通過(guò)在服務(wù)端將用戶(hù)發(fā)送的口令進(jìn)行哈希加密后與數(shù)據(jù)庫(kù)中的哈希值比對(duì)來(lái)進(jìn)行的。因?yàn)楣：瘮?shù)是單向函數(shù)，即便黑客獲取了服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，也無(wú)法根據(jù)哈希值反推得到口令明文。破解哈希值的一種常用手段就是彩虹表破解。如圖1所示，彩虹表破解是一種典型的以空間換時(shí)間的破解方法，它將眾多哈希值及其明文提前計(jì)算并進(jìn)行存儲(chǔ)，需要時(shí)根據(jù)哈希值查找明文即可實(shí)現(xiàn)破解。

雖然彩虹表有著驚人的破解效率，但是安全人員仍然有辦法防御彩虹表。最有效的方法就是“加鹽”，即在密碼的特定位置插入特定的字符串，這個(gè)特定字符串就是“鹽”?！凹欲}”后的密碼經(jīng)過(guò)哈希加密得到的哈希串與“加鹽”前的哈希串完全不同，例如：“加鹽”前Hash（“hello”）=5D41402ABC4B2A76B9719D911017C592，“加鹽”后Hash（“hello”+“QxLUF1bglAdeQX”）=61819A2E9B721831243EBA1AEABA8486。黑客利用彩虹表得到的密碼也并非真正的密碼。即使黑客知道了“鹽”的內(nèi)容、“加鹽”位置，還需要對(duì)散列鏈進(jìn)行修改，彩虹表也需要重新生成。因此，“加鹽”能大大增加利用彩虹表進(jìn)行口令破解的難度。

（4）分布式破解

無(wú)論是在登錄界面多次嘗試進(jìn)行暴力破解，或是對(duì)哈希值進(jìn)行碰撞，都需要進(jìn)行大量的計(jì)算與操作，此時(shí)就可以利用僵尸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式破解來(lái)提高效率。僵尸網(wǎng)絡(luò)是指采用一種或多種傳播手段，將大量主機(jī)感染僵尸程序，從而使攻擊者通過(guò)各種途徑傳播僵尸程序感染互聯(lián)網(wǎng)上的大量主機(jī)，而被感染的主機(jī)將通過(guò)一個(gè)控制信道接收攻擊者的指令，組成一個(gè)僵尸網(wǎng)絡(luò)。利用僵尸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式破解，就是增加用于破解的設(shè)備數(shù)量，給每個(gè)設(shè)備分配適當(dāng)?shù)钠平夥秶?，從而提高破解效率。同時(shí)由于被感染主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址各不相同，在進(jìn)行在線(xiàn)破解時(shí)，數(shù)據(jù)量巨大且無(wú)序，防御方難以對(duì)攻擊流量進(jìn)行有效的監(jiān)控和阻擋。

3 口令安全問(wèn)題研究

3.1 口令加密技術(shù)研究

（1）口令鑒別機(jī)制

鑒別是任何加密方案的第一步，可以用來(lái)分辨用戶(hù)的真實(shí)身份，防止攻擊者假冒合法用戶(hù)獲取訪問(wèn)權(quán)限。用戶(hù)鑒別的方法有很多，一般分為標(biāo)準(zhǔn)的身份驗(yàn)證協(xié)議和可擴(kuò)展的身份認(rèn)證協(xié)議。其中，最傳統(tǒng)的就是通過(guò)用戶(hù)名和口令進(jìn)行鑒別。

最簡(jiǎn)單的口令鑒別機(jī)制即明文口令鑒別。由于口令在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中保持明文形式，一旦用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)被非法入侵或者用戶(hù)與服務(wù)器之間的通信鏈路被監(jiān)控，用戶(hù)信息便會(huì)被竊取。為解決這一問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用中口令鑒別機(jī)制在鑒別用戶(hù)時(shí)，是在用戶(hù)計(jì)算機(jī)上通過(guò)某種算法對(duì)輸入的口令進(jìn)行加密，得到口令的推導(dǎo)形式。計(jì)算機(jī)將這個(gè)口令推導(dǎo)形式發(fā)送到服務(wù)器中，在用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行驗(yàn)證比較?？诹钔茖?dǎo)形式與消息摘要非常相似，所以也可以使用口令的消息摘要技術(shù)。

值得思考的是，這種方法并不能避免攻擊者獲得登錄權(quán)限。因?yàn)楣粽咧灰谟脩?hù)名及口令的消息摘要傳送過(guò)程中進(jìn)行截獲，隔段時(shí)間再向服務(wù)器發(fā)出，即可通過(guò)身份鑒別，成功登錄賬號(hào)，這就是所謂的重放攻擊。為有效防范此類(lèi)重放攻擊，系統(tǒng)可采用一次口令技術(shù)，即通過(guò)非常規(guī)字符串口令以及時(shí)間戳驗(yàn)證機(jī)制實(shí)現(xiàn)口令鑒別機(jī)制的相對(duì)安全。如圖2所示，基于RSA公鑰密碼體制的一次一密口令驗(yàn)證模型是一種典型的一次口令技術(shù)。

（2）口令加密傳輸

用戶(hù)計(jì)算機(jī)具有加密功能，可以有效解決明文口令的傳輸問(wèn)題。事實(shí)上，這種功能還可以應(yīng)用于對(duì)用戶(hù)口令的消息摘要加密隨機(jī)數(shù)。這對(duì)于客戶(hù)/服務(wù)器程序是可以完成的，但是對(duì)于Internet應(yīng)用程序，客戶(hù)機(jī)是沒(méi)有任何加密功能的Web瀏覽器，因此這種加密功能受到限制。

鑒于此，用戶(hù)需要在客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器之間利用安全套接層協(xié)議（SSL）之類(lèi)的技術(shù)進(jìn)行連接，客戶(hù)機(jī)需要驗(yàn)證服務(wù)器的數(shù)字證書(shū)以鑒別服務(wù)器，然后利用SSL加密客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間的所有通信。這時(shí)口令不需要任何應(yīng)用層的保護(hù)機(jī)制，有效避免了加密功能受限的影響。其工作過(guò)程為：（1）用戶(hù)計(jì)算機(jī)用SSL對(duì)口令進(jìn)行加密，并將加密后的口令同用戶(hù)名一同發(fā)送給服務(wù)器，請(qǐng)求登陸;（2）服務(wù)器的用戶(hù)鑒別程序?qū)τ脩?hù)名和已經(jīng)加密的口令進(jìn)行鑒別;（3）服務(wù)器將鑒別結(jié)果反饋給用戶(hù)計(jì)算機(jī)。

3.2 加強(qiáng)口令管理，防止口令猜測(cè)

口令是信息系統(tǒng)鑒別用戶(hù)身份合法性的重要憑證，而且口令的安全級(jí)別可以間接地決定系統(tǒng)的安全級(jí)別。因此，口令管理尤為重要?？诹罟芾淼膬?nèi)容主要包括口令的選取、保存、保密、定期檢查和更改周期等方面。具體的口令管理策略為：（1）設(shè)定最小口令長(zhǎng)度;（2）設(shè)置口令最長(zhǎng)使用期限，一般不得超過(guò)42天;（3）限制用戶(hù)登陸失敗次數(shù)（建議為3～5次）。如果超過(guò)次數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)鎖定賬號(hào)并禁止在一定期限內(nèi)登陸，或者需要管理員的認(rèn)證才可以再次登陸賬號(hào);（4）目標(biāo)主機(jī)的管理員可以設(shè)置一些賬號(hào)誘騙黑客攻擊，以發(fā)現(xiàn)并查明黑客身份。

除加強(qiáng)口令管理外，使用強(qiáng)口令防止口令猜測(cè)也可以有效避免攻擊。強(qiáng)口令具有五個(gè)特點(diǎn)：（1）從大寫(xiě)字母、小寫(xiě)字母、數(shù)字、符號(hào)四類(lèi)字符中任意選取三種以上組合形成口令，且避免連續(xù);（2）至少包含8個(gè)字符;（3）定期修改;（4）明顯區(qū)別于以往密碼且避免使用字典單詞;（5）使用KeePass等軟件幫助管理。

3.3 口令安全研究進(jìn)展

（1）口令破解技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

口令只是防范攻擊者入侵的第一道防線(xiàn)，防止入侵者獲取口令，可以有效減少其攻擊系統(tǒng)的可能性。但是，獲取口令并不一定需要登錄系統(tǒng)，在不登陸系統(tǒng)的情況下，攻擊者仍然可以破解口令，進(jìn)行系統(tǒng)攻擊。

目前，口令安全所面臨的威脅大致可以分為暴力破解、漏洞攻擊和社會(huì)工程學(xué)攻擊三個(gè)方向。隨著網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的規(guī)范化和體系化發(fā)展，用戶(hù)口令的強(qiáng)度與漏洞攻擊的成本越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)也越來(lái)越困難。于是，諸如電信詐騙、釣魚(yú)攻擊以及誘餌計(jì)劃等社會(huì)工程學(xué)攻擊手段逐漸成為口令破解的主流。由于社會(huì)工程學(xué)攻擊往往利用的是人類(lèi)思維或性格上的短板，因而無(wú)法像程序邏輯漏洞那樣進(jìn)行修補(bǔ)。此外，攻擊者不需要掌握太多的技術(shù)基礎(chǔ)。低成本、多手段、高收益的特性使得社會(huì)工程學(xué)攻擊成為未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)口令安全所面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)。

（2）口令安全防御演變進(jìn)程

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，所有的口令都是可以破解的。根據(jù)破解的難易程度，可以劃分密碼算法的安全等級(jí)。就現(xiàn)階段的研究而言，兩種情況的用戶(hù)口令相對(duì)安全，即被加密數(shù)據(jù)價(jià)值小于破譯算法的代價(jià)或者破譯密碼所需時(shí)間大于加密數(shù)據(jù)的有效期。

根據(jù)口令的不同特征，可將其分為用戶(hù)所知道的、用戶(hù)所持有的以及用戶(hù)所特有的三種。用戶(hù)所知道的口令是指字符串口令;用戶(hù)所持有的口令是指類(lèi)似于U盾等實(shí)物令牌;而用戶(hù)所特有的是指指紋、虹膜等生物口令。由于方便快捷這一特性，字符串口令為絕大多數(shù)信息系統(tǒng)所普遍使用。同時(shí)針對(duì)該種口令的攻擊方式發(fā)展較為完備。目前，只能通過(guò)加強(qiáng)口令管理、提升口令強(qiáng)度的方式實(shí)現(xiàn)相對(duì)安全，但無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。于是，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，越來(lái)越多的高安全要求信息系統(tǒng)會(huì)采用數(shù)字證書(shū)、硬件令牌以及生物特征等口令形式。但是僅僅依賴(lài)于單一因子，系統(tǒng)無(wú)法徹底抵御社會(huì)工程學(xué)攻擊，將會(huì)再次面臨字符串口令所經(jīng)歷的類(lèi)似問(wèn)題。

因此，在對(duì)口令形式不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)需要嘗試使用（雙）多因素身份驗(yàn)證，使得攻擊者僅僅通過(guò)口令猜測(cè)或口令破解無(wú)法獲取相關(guān)權(quán)限。作為（雙）多因子的一部分，諸如心跳、步態(tài)、腦電波等高級(jí)身份驗(yàn)證方法也將成為口令安全防御的發(fā)展方向。此外，人機(jī)檢測(cè)、新型云WAF以及分布式集群防御等技術(shù)也需要進(jìn)一步研究進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更深層次、更加智能的安全防護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從口令破解、口令加密以及口令安全三個(gè)方面介紹了當(dāng)下口令保護(hù)研究現(xiàn)狀。從論證中不難看出，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，加密系統(tǒng)的性能以及口令破解技術(shù)都有了充分的發(fā)展?？诹畎踩潜Ｗo(hù)信息系統(tǒng)安全的第一道屏障，做好口令的保護(hù)措施也是信息安全維護(hù)的關(guān)鍵所在。無(wú)論是口令加密還是口令管理，其發(fā)展都將邁入一個(gè)新的臺(tái)階。正如前文所說(shuō)，沒(méi)有任何口令是絕對(duì)安全的，也沒(méi)有任何系統(tǒng)是無(wú)懈可擊的，網(wǎng)絡(luò)攻擊者和防御者之間的博弈是信息安全領(lǐng)域的永恒話(huà)題。這不僅需要立法者從規(guī)范層面予以設(shè)定，亦需要全民信息安全意識(shí)的提升，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間的相對(duì)安全和公民個(gè)人隱私權(quán)的有效保障。

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作者簡(jiǎn)介：

尚旭哲（1999-），男，漢族，山東濟(jì)寧人，中國(guó)人民公安大學(xué)，本科;主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域：公安學(xué)、信息安全。

王潤(rùn)田（1999-），男，漢族，山東煙臺(tái)人，中國(guó)人民公安大學(xué)，本科;主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域：公安技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全。

孫穎（1999-），女，漢族，江蘇蘇州人，中國(guó)人民公安大學(xué)，本科;主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域：公安學(xué)。

付瑜菲（1999-），女，漢族，北京人，中國(guó)人民公安大學(xué)，本科;主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域：公安學(xué)、密碼學(xué)。

（本文為“2020年429首都網(wǎng)絡(luò)安全日”活動(dòng)征文）