Парольные хеши

Парольные хеши — это результат применения криптографической хеш-функции к паролю пользователя, сохраняемый в базе данных системы аутентификации вместо самого пароля в открытом виде. Основная цель использования парольных хешей — защита учётных записей в случае компрометации базы данных: злоумышленник, получивший доступ к хешам, не может напрямую узнать исходные пароли, так как хеш-функция является односторонней (необратимой). Парольные хеши являются ключевым элементом современных систем безопасности, применяемых в операционных системах, веб-приложениях, базах данных и сетевых протоколах.

История

Ранние методы хранения паролей

В первых компьютерных системах, например, в Multics (1960-е годы), пароли хранились в открытом виде. С ростом числа пользователей и угроз безопасности возникла необходимость в их защите. Одним из первых решений стало шифрование паролей, однако оно требовало хранения ключа, что создавало дополнительную уязвимость.

Внедрение хеширования

В 1970-х годах в операционной системе Unix был реализован метод хеширования паролей с использованием алгоритма DES (Data Encryption Standard). Пароль преобразовывался в 13-символьную строку, хранящуюся в файле /etc/passwd. Однако DES имел ограничение по длине пароля (8 символов) и был уязвим для атак перебором. Позднее, в 1980-х, появились более стойкие алгоритмы, такие как MD5 (Message Digest 5), который начал применяться в системах FreeBSD и Linux.

Современные стандарты

С 2000-х годов парольные хеши стали обязательным требованием для большинства веб-сервисов и приложений. В 2010-х годах отказ от MD5 и SHA-1 в пользу более медленных и устойчивых к атакам алгоритмов, таких как bcrypt, scrypt и Argon2, стал стандартом безопасности. В 2015 году Argon2 был признан победителем конкурса Password Hashing Competition (PHC) и рекомендован как основной алгоритм для хеширования паролей.

Принципы работы

Хеш-функции

Парольные хеши создаются с помощью криптографических хеш-функций, которые преобразуют входные данные (пароль) в строку фиксированной длины — хеш-значение. Основные свойства таких функций:

Односторонность: по хешу невозможно восстановить исходный пароль за разумное время.
Детерминированность: одинаковый пароль всегда даёт одинаковый хеш.
Лавинный эффект: малейшее изменение пароля приводит к полностью другому хешу.
Устойчивость к коллизиям: два разных пароля не должны давать одинаковый хеш (на практике это гарантируется для современных алгоритмов).

Соль

Для предотвращения атак по радужным таблицам (предварительно вычисленным хешам для распространённых паролей) к каждому паролю перед хешированием добавляется случайная строка — соль (salt). Соль хранится вместе с хешем и уникальна для каждого пользователя. Это делает атаку неэффективной, так как злоумышленнику пришлось бы вычислять хеши для каждого пароля отдельно.

Итерации

Современные алгоритмы (например, bcrypt, PBKDF2, Argon2) используют многократное повторение хеш-функции (итерации) для замедления перебора. Чем больше итераций, тем выше вычислительная стоимость атаки, что затрудняет подбор пароля даже при использовании специализированного оборудования (GPU, ASIC).

Классификация алгоритмов

Устаревшие и нерекомендуемые

DES: использовался в ранних Unix-системах, длина пароля ограничена 8 символами, уязвим для перебора.
MD5: быстрый алгоритм, подвержен коллизиям и атакам перебором (например, с помощью GPU).
SHA-1: устарел после обнаружения коллизий в 2017 году (атака SHAttered).
SHA-256/SHA-512: устойчивы к коллизиям, но слишком быстры для парольного хеширования без итераций (например, в Linux до 2019 года использовался SHA-512 с 5000 итераций, что считается слабой защитой).

Специализированные алгоритмы

LM Hash: устаревший алгоритм Windows (до NT 4.0), разбивает пароль на части по 7 символов, что делает его крайне нестойким.
NTLM: более современный алгоритм Windows (начиная с Windows NT), использует MD4. Уязвим для атак перебором, но всё ещё применяется в старых системах.
SHA-512crypt: используется в Linux (в файле /etc/shadow), включает соль и 5000 итераций (по умолчанию), но считается менее стойким, чем bcrypt или Argon2.

Применение

Операционные системы

Linux: парольные хеши хранятся в файле /etc/shadow (доступен только суперпользователю). Формат: $id$salt$hash, где id указывает на алгоритм (например, $6$ для SHA-512crypt, $y$ для yescrypt).
Windows: начиная с Windows NT, используются хеши NTLM (в реестре SAM). Современные версии (Windows 10/11) поддерживают также bcrypt и PBKDF2 для дополнительной защиты.
macOS: использует PBKDF2 для хранения паролей в системе FileVault и для аутентификации пользователей.

Веб-приложения

Большинство современных веб-фреймворков (Django, Ruby on Rails, Laravel, Spring Security) по умолчанию используют bcrypt или Argon2 для хеширования паролей. Например, в PHP функция password_hash() с алгоритмом PASSWORD_BCRYPT или PASSWORD_ARGON2ID является стандартом.

Сетевые протоколы

HTTP Basic Authentication: в ранних реализациях пароли передавались в открытом виде, в современных — хешируются на стороне сервера.
Kerberos: использует хеши паролей для генерации ключей аутентификации.
SSH: пароли хешируются перед хранением на сервере (обычно с помощью bcrypt или SHA-512).

Угрозы и атаки

Атаки перебором

Брутфорс: последовательный перебор всех возможных паролей. Защита — использование медленных алгоритмов и длинных паролей.
Словарные атаки: перебор по списку распространённых паролей (например, RockYou). Защита — соль и политика сложности паролей.
Радужные таблицы: предварительно вычисленные хеши для большого набора паролей. Защита — соль, делающая таблицы бесполезными.

Атаки на алгоритмы

Коллизии: для устаревших алгоритмов (MD5, SHA-1) возможна подмена пароля, дающего тот же хеш. Современные алгоритмы (SHA-256, SHA-3) устойчивы к коллизиям.
Атаки на реализацию: ошибки в коде (например, утечка соли в логах, использование одинаковой соли для всех пользователей) могут свести на нет защиту.

Социальная инженерия

Злоумышленники могут получить пароль напрямую от пользователя (фишинг, подглядывание), что делает хеширование бесполезным. Поэтому парольные хеши — лишь один из элементов комплексной системы безопасности.

Критика и ограничения

Недостатки хеширования

Необратимость: пароль нельзя восстановить, что создаёт проблемы при смене системы или восстановлении доступа (требуется сброс пароля).
Зависимость от качества пароля: слабые пароли (например, «123456») могут быть подобраны даже с использованием медленных алгоритмов.
Ресурсоёмкость: медленные алгоритмы (bcrypt, Argon2) требуют значительных вычислительных ресурсов на сервере, что может снижать производительность при большом числе пользователей.

Альтернативы

Многофакторная аутентификация (MFA): дополняет пароль одноразовыми кодами или биометрией.
Zero-knowledge proof (доказательство с нулевым разглашением): позволяет аутентифицироваться без передачи пароля или хеша (например, протокол SRP).
Passkeys (ключи доступа): используют асимметричную криптографию вместо паролей.

Будущее парольных хешей

С развитием квантовых вычислений и увеличением вычислительной мощности классических компьютеров существующие алгоритмы могут стать уязвимыми. Исследования в области постквантовой криптографии направлены на создание хеш-функций, устойчивых к атакам с использованием квантовых компьютеров (например, алгоритмы на основе решёток). Однако на практике рекомендации по выбору алгоритмов (bcrypt, Argon2) остаются актуальными на 2025 год.

Источники

NIST Special Publication 800-63B: Digital Identity Guidelines — Authentication and Lifecycle Management.
Password Hashing Competition (PHC) — Final Report, 2015.
Официальная документация OpenBSD по Argon2.
RFC 2898 — PKCS #5: Password-Based Cryptography Specification (PBKDF2).
Руководство по безопасности веб-приложений OWASP (Password Storage Cheat Sheet).
Стандарт IEEE 1619-2018 — Cryptographic Protection of Data on Block-Oriented Storage Devices.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →