密码加盐原理及其实现

1. 背景介绍

加密密码是现代计算机系统中非常重要的一环，其主要目的是保护用户的隐私和数据安全。在不加密密码的情况下，用户的账户和密码等信息会以明文的形式保存在计算机系统中，一旦这些信息被泄露，用户的隐私和数据就会面临很大的风险。

为了解决这个问题，计算机科学家们研究出了各种加密算法，将用户的密码等信息进行加密存储，提高用户的隐私和数据安全。其中，哈希算法是常用的一种加密算法，它将用户的密码等信息进行哈希运算，生成一串密文，然后将密文存储在数据库中。当用户登录时，系统会将用户输入的密码进行哈希运算，然后与数据库中的密文进行比对，如果一致，则表示用户身份验证通过，否则表示密码错误。

然而，即使使用哈希算法进行加密，也并不能完全保证密码的安全性。因为哈希算法存在一些安全漏洞，例如MD5算法就是一种典型的利用哈希算法进行加密的方法。

2. MD5加密算法

2.1 MD5算法的介绍

MD5（Message-Digest Algorithm 5）是一种常用的哈希算法，它将任意长度的消息压缩成一个128位的消息摘要，MD5的实现过程如下：

1. 填充：将消息进行填充，使其长度是512位的倍数，填充的方式是在消息末尾加上一个1和若干个0，直到满足条件。
2. 初始化：将4个32位寄存器A、B、C、D初始化为固定的常数。
3. 处理消息：将每个512位的消息块进行处理，处理过程包括4个轮次，每个轮次处理16次，每次处理32位。
4. 输出：将最后一个处理完的消息块的摘要输出，即为MD5摘要。

在Java中的Spring框架中，提供了将消息压缩成MD5消息摘要的方法，我们需要调用DigestUtils.md5DigestAsHex(byte[] bytes)方法，在调用的过程中我们会发现，对于一个同样的数，所生成的MD5方法总是相同的，如下所示

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String input1=DigestUtils.md5DigestAsHex("123456".getBytes());
        String input2=DigestUtils.md5DigestAsHex("123456".getBytes());
        System.out.println(input1);
        System.out.println(input2);
    }
}

2.2 MD5算法的缺点

对于123456而言，其经过MD5加密后输出的结果就是e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e，这个值是固定的，即每个消息都有其对应的MD5加密后的密码，虽然说MD5算法是不可逆算法，即不可通过结果反推出原来，但是MD5算法存在的缺点在于其安全性太低。

对于想要破解MD5算法的人，他只需要准备一张彩虹表，彩虹表即一种密码破解技术，其基本思想是预先计算出所有可能的输入和输出组合的哈希值，然后存储在一个巨大的表格中，以便后续直接查找，因此MD5的安全性是比较低的，其关键在于随机性太低，于是密码加盐算法就诞生了。

3. 加盐算法

3.1 什么是加盐算法

密码加盐是一种增加密码安全性的技术，其主要思想是在密码加密的过程中，为密码添加一些额外的随机字符串或固定字符串，以增加密码的随机性和复杂性，从而提高密码的安全性。

密码加盐往往要生成一个随机数，然后将盐值和密码进行组合，再进行哈希运算。这样生成的密码哈希值就不仅取决于密码本身，还受到盐值的影响，攻击者无法通过简单的彩虹表等方式来破解密码。

例如：假设用户的密码是"password"，盐值为"ilovecoding"，则密码加盐的过程如下：

1. 将盐值和密码组合，得到"ilovecodingpassword"。
2. 对"ilovecodingpassword"进行哈希运算，得到密码的哈希值。
3. 将密码哈希值存储在数据库中。

将密码加盐后，即使两个用户的密码相同，由于盐的不同，其哈希值也会不同，从而增加了破解难度，提高了密码的安全性。

3.2 加盐算法的演示

加盐算法的实现思路有许多种，我这里仅用一种来进行介绍演示。

使用加盐加密的过程其实不难理解，关键点在于，当我们将加盐后的密码存储到数据库中后，我们如何验证用户输入密码的正确与否。

我们可以规定以下规范，加密过程如下：

1. 用户输入密码 password

2. 随机生成一个盐值 salt

3.将盐值salt与密码password进行拼接，然后将拼接后的值进行md5加密，得到一个加盐后的密码 saltpassword

4.将生成的盐值salt与加盐后的密码saltpassword进行拼合，中间以某个特定的符号进行分隔，并存储到数据库中

解密过程如下：

1.用户输入密码

2.我们根据用户id从数据库中调取存储的密码，并调用split方法，输入特定的分隔符

3.我们取分隔出的结果的第一个元素，即得到存储用户密码时的盐值

4.将得到的盐值与用户输入的密码进行与上面相同的加密过程，得到一个临时密码tmpPassword

5.将临时密码tmpPassword与存储到数据库的中的密码进行比对，正确时才登陆。

密码加盐的关键点还是在于，我们如何进行加密，同时更核心的地方在于我们如何进行解密，以下为代码演示，UUID.randomUUID()方法可以生成随机字符，要注意去掉随机字符的分隔符

    //1. 加盐并生成密码
    public static String encrypt(String password){
        //盐值
        String salt= UUID.randomUUID().toString().replace("-",""); //32位盐值
        //生成加盐后密码
        String saltPassword= DigestUtils.md5DigestAsHex((salt+password).getBytes());
        //生成最终密码(保存到数据库中的密码，32位盐值+$+32位加盐之后的密码)
        String finalPassword=salt+"$"+saltPassword;
        return finalPassword;
    }

我们可以重载encrypt方法，参数列表改为传入密码与盐值的重载方法

  //2.生成加盐的密码（重载
    public static String encrypt(String password,String salt){
        //生成加盐密码
        String saltPassword= DigestUtils.md5DigestAsHex((salt+password).getBytes());
        //生成最终密码
        String finalPassword=salt+"$"+saltPassword;
        return finalPassword;
    }

解密过程代码如下：

    //3.验证密码
    //inputPassword为用户输入明文密码
    //finalPassword为数据库保存的密码
    public static boolean check(String inputPassword,String finalPassword){
        if(StringUtils.hasLength(inputPassword) && StringUtils.hasLength(finalPassword) && finalPassword.length()==65){
            //得到盐值
            String salt=finalPassword.split("\\$")[0];
            // 进行加密得到相应的密码
            String confirmPassword=encrypt(inputPassword,salt);
            //对比两个密码是否相同
            return confirmPassword.equals(finalPassword);
        }
        return false;
    }

4. 总结

虽然密码加盐可以有效提高密码的安全性，但也存在一些缺点和限制。

密码加盐的缺点如下：

1. 需要额外的存储空间：密码加盐需要将盐值和哈希值一起存储在数据库中，这就需要更多的存储空间。
2. 盐值的生成需要保证足够随机：盐值的生成需要保证足够随机和复杂，否则攻击者可能会推算出盐值，从而破解密码。
3. 盐值的传输需要保证安全：盐值的传输也需要保证安全，否则攻击者可以通过截取盐值来破解密码。
4. 盐值的使用需要考虑兼容性：如果不同的系统使用了不同的盐值生成方法，可能会导致兼容性问题。
5. 可能仍然存在彩虹表攻击：虽然加盐可以防止彩虹表攻击，但仍然有可能被攻击者通过暴力破解法攻破密码。

总而言之，密码加盐是一种简单而有效的密码安全技术，通过增加密码的随机性和复杂性，可以有效防止密码破解攻击，提高密码的安全性。在实际应用中，我们应该采用密码加盐的方式来保护用户的密码，并且选择足够随机和复杂的盐值，以确保密码加盐的效果。