網(wǎng)站中很多涉及到系統(tǒng)安全保障的設(shè)計(jì)，那么，如何設(shè)計(jì)網(wǎng)站安全賬號(hào)系統(tǒng)呢?
2011年12月，國(guó)內(nèi)最大的程序員社區(qū) CSDN 遭拖庫(kù)，600萬(wàn)個(gè)賬戶信息泄露。
2014年3月，攜程旅行網(wǎng)的系統(tǒng)存技術(shù)漏洞，漏洞可能導(dǎo)致用戶的姓名、身份證號(hào)碼、銀行卡類別、銀行卡卡號(hào)、銀行卡CVV碼以及銀行卡6位Bin泄露。
2014年5月，小米論壇涉及800萬(wàn)用戶信息遭泄露，信息包括用戶名、密碼、注冊(cè)IP、郵箱等。 2014年12月，12306遭撞庫(kù)攻擊，13萬(wàn)用戶信息泄露，包括用戶賬號(hào)、明文密碼、身份證、郵箱等敏感信息。
2015年10月，網(wǎng)易郵箱遭攻擊，近5億條用戶信息被泄露，包括用戶名、密碼、密碼保護(hù)信息、登陸IP以及用戶生日等多個(gè)原始信息。
除了密碼泄露事件，數(shù)據(jù)被物理刪除的事件也是發(fā)生：
2015年5月，攜程網(wǎng)及APP陷入癱瘓，數(shù)據(jù)庫(kù)遭物理刪除疑似離職員工報(bào)復(fù)。
這么多大公司大網(wǎng)站的系統(tǒng)都遭到攻擊，泄露用戶信息，更別說(shuō)其他小網(wǎng)站了。這些攻擊都可以從技術(shù)上來(lái)進(jìn)行防范的，但是我們看到即使是大公司，安全方面也是那么的薄弱。
防范的方法簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)從用戶鍵盤敲出的那一刻，到服務(wù)器后臺(tái)存儲(chǔ)都要保持正確的姿勢(shì)。比如：
用正確的姿勢(shì)保存密碼。 用正確的姿勢(shì)傳輸數(shù)據(jù)。 用正確的姿勢(shì)加密敏感信息。 用正確的姿勢(shì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和監(jiān)控。 用正確的姿勢(shì)保存密碼
這一步非常重要，也比較復(fù)雜。用戶在瀏覽器里輸入密碼，傳輸?shù)椒?wù)器端進(jìn)行驗(yàn)證，服務(wù)端將之前保存的密碼信息和用戶的輸入進(jìn)行比對(duì)。
1. 低級(jí)錯(cuò)誤：明文保存密碼
安全性最低的是在服務(wù)端明文保存用戶的密碼，一旦服務(wù)器被入侵，數(shù)據(jù)被拖走(拖庫(kù))，所有用戶的密碼都直接的暴露在外面。這是最初級(jí)的做法，毫無(wú)安全性可言。假如你在一個(gè)網(wǎng)站或論壇注冊(cè)了一個(gè)賬號(hào)，該網(wǎng)站自動(dòng)發(fā)了一封郵件告訴你注冊(cè)成功，里面明文寫了你的密碼，趕緊把密碼改了然后再也不要訪問(wèn)這個(gè)網(wǎng)站。
2. 低級(jí)錯(cuò)誤：可逆加密密碼
既然不能明文保存密碼，那當(dāng)然是加密保存了。耍個(gè)小聰明，比如把密碼的字母倒著存，或者每個(gè)字母存后一個(gè)字母，或者進(jìn)行異或混淆處理，表面上密碼看上去已經(jīng)看不出來(lái)原始的密碼是什么了，但實(shí)際上這個(gè)和明文保存密碼并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，因?yàn)楹诳图热豢梢匀肭帜愕姆?wù)器，自然可以拿到你的加密代碼，只要按你的算法進(jìn)行簡(jiǎn)單的解密就可以得到原始密碼。
3. 錯(cuò)誤方法：md5 加密密碼
在我還是一個(gè)初學(xué)者的時(shí)候，我已被告知不能用前兩種方式保存密碼，當(dāng)時(shí)的主流方法是使用 md5 加密密碼。(年代久遠(yuǎn)，現(xiàn)在已絕非主流了。) md5 是一種不可逆的加密方法，即密碼被 md5 加密后是無(wú)法解密出原始密碼的，驗(yàn)證密碼是否正確的方法是將用戶輸入的密碼 md5 加密后于數(shù)據(jù)庫(kù)里保存的 md5 機(jī)密后的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。這樣，服務(wù)器端在不知道真實(shí)用戶密碼的情況下也能對(duì)用戶密碼進(jìn)行驗(yàn)證了。
這是早期比較主流的做法，然而，這依然是非常不安全的。因?yàn)橹灰杜e所有短密碼進(jìn)行 md5 加密，做成一個(gè)索引表，就能輕易的逆推出原始密碼。這種預(yù)先計(jì)算好的用于逆推加密散列函數(shù)的表就是“彩虹表”。隨著“彩虹表”不斷變大，md5 的加密已經(jīng)變得非常的不安全。2015年10月網(wǎng)易郵箱的用戶密碼泄露也被懷疑只對(duì)密碼進(jìn)行了 md5 加密。
4. 正確方法：加鹽 hash 保存密碼
加鹽 hash 是指在加密密碼時(shí)，不只是對(duì)密碼進(jìn)行 hash ，而是對(duì)密碼進(jìn)行調(diào)油加醋，放點(diǎn)鹽(salt)再加密，一方面，由于你放的這點(diǎn)鹽，讓密碼本身更長(zhǎng)強(qiáng)度更高，彩虹表逆推的難度更大，也因你放的這點(diǎn)鹽，讓黑客進(jìn)行撞庫(kù)時(shí)運(yùn)算量更大，破解的難度更高。
如何進(jìn)行加鹽就是一門很重要的學(xué)問(wèn)了。md5 是一種 hash 算法，以下就拿 md5 來(lái)舉例。假如密碼是 123456 ，md5 的結(jié)果如下：
像 123456 這樣的簡(jiǎn)單密碼，是很容易被逆推出來(lái)的。但是假如我們往簡(jiǎn)單密碼里加點(diǎn)鹽試試：
上面例子里的 #g5Fv;0Dvk 就是我們加的鹽。加完之后，密碼的強(qiáng)度更高了，彩虹表破解的難度加大了?；蛘哌M(jìn)行加鹽兩次 md5 ：
到這里，你一定會(huì)有疑問(wèn)，是不是把 md5 多做幾次，或者自定義一些組合的方式就更安全了。其實(shí)不是的，黑客既然能拿到數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)，也很有可能拿到你的代碼。
即使被拿走了數(shù)據(jù)和所有的代碼，也沒(méi)辦法破解里面的數(shù)據(jù)。
這也是為什么大家不必實(shí)現(xiàn)自己的加密算法，而是使用公開的加密算法的原因，比如：RSA、AES、DES 等等。既然無(wú)法保證加密代碼不被泄露，那就使用公開的加密算法，只要保護(hù)好私鑰信息，就算你知道我的加密方式也沒(méi)有任何幫助。
大部分情況下，使用 md5(md5(password) + salt) 方式加密基本上已經(jīng)可以了：
其中，最關(guān)鍵的是 salt 從哪里來(lái)? salt 該怎么設(shè)置才能安全。
不要使用固定不變的 salt。 每個(gè)用戶的 salt 都需要不同。 salt 必須由服務(wù)端使用安全的隨機(jī)函數(shù)生成。 客戶端運(yùn)算需要的 salt 需要從服務(wù)端動(dòng)態(tài)獲取。 客戶端加鹽 hash 的結(jié)果并不是最終服務(wù)端存盤的結(jié)果。
由于客戶端也需要執(zhí)行加鹽 hash ，所以，salt 不能直接寫在客戶端，而是應(yīng)該動(dòng)態(tài)從服務(wù)端獲得。服務(wù)端生成隨機(jī)的 salt 時(shí)，必須使用安全的隨機(jī)函數(shù)，防止隨機(jī)數(shù)被預(yù)測(cè)。
各語(yǔ)言安全的隨機(jī)函數(shù)：
就算 salt 值動(dòng)態(tài)從服務(wù)端獲取，也有可能被中間人攔截獲取。同時(shí)，客戶端的加鹽 hash 的過(guò)程相當(dāng)于是完全暴露的。一種更安全的做法是，客戶端使用 javascript 進(jìn)行加鹽 hash，把結(jié)果傳到服務(wù)器后，服務(wù)器對(duì)結(jié)果再進(jìn)行一次 加鹽 hash 或者 加密 hash(比如：HMAC) ，然后再和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。
如果需要達(dá)到更高的安全等級(jí)，可以考慮：
1. 使用更安全的 hash 函數(shù)用來(lái)抵抗碰撞攻擊，比如：SHA256, SHA512, RipeMD, WHIRLPOOL。
兩個(gè)不同的內(nèi)容 hash 的結(jié)果可能相同，攻擊者在不知道真實(shí)密碼的情況下，使用其他密碼進(jìn)行碰撞攻擊從而登錄系統(tǒng)。使用更安全的 hash 函數(shù)可以減少這種情況的發(fā)生。
2. 可以使用一種大量消耗 cpu 的 hash 算法對(duì)抗暴力破解，比如PBKDF2 或者 bcrypt。
暴力破解就是枚舉所有可能的密碼進(jìn)行嘗試驗(yàn)證，使用大量消耗 cpu 的 hash 算法可以極大增加暴力破解的時(shí)間。
3. 比較加鹽 md5 結(jié)果時(shí)，使用時(shí)間恒定的比較函數(shù)。
在比較兩個(gè)字符串時(shí)，通常都一個(gè)字符一個(gè)字符進(jìn)行比較，如果某個(gè)字符不匹配就會(huì)立即返回。攻擊者可以根據(jù)驗(yàn)證的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷前幾位字符是否正確，然后逐步修正最終得到正確的結(jié)果。
因此，在比較 hash 時(shí)，使用時(shí)間恒定的比較函數(shù)，可以讓攻擊者摸不著頭腦。比如下面這段代碼：
異或(^)操作可以用來(lái)判斷兩個(gè)字符是否相等，比如：
上面的函數(shù)枚舉每個(gè)字符進(jìn)行異或判斷，然后將所有的結(jié)果取或運(yùn)算，得到最終的結(jié)果，比較的時(shí)間是恒定的。
4. salt 的值不要和最終 hash 的結(jié)果存在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。
SQL 注入是常見的攻擊手段，被注入后數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)被暴露無(wú)遺。所以，應(yīng)該將 salt 分開存儲(chǔ)，存到別的機(jī)器的數(shù)據(jù)庫(kù)里，讓攻擊者拿不到 salt ，從而無(wú)法輕易破解信息。
5. 最終存儲(chǔ)的結(jié)果使用基于 key 的 hash 函數(shù)，比如 HMAC。 key 從外部安全性極高的專屬服務(wù)中獲得。
有了這層加固，即使數(shù)據(jù)被拖庫(kù)，攻擊者也無(wú)法從 hash 的結(jié)果逆推回原始密碼。因?yàn)槭褂昧思用艿?hash 函數(shù)?；?key 的 hash 函數(shù)只是進(jìn)行哈希運(yùn)算時(shí)，除了傳入原始內(nèi)容外，還需要傳入一個(gè)密鑰(key)。攻擊者沒(méi)有 key 幾乎不可能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。
key 可以保存在極高安全性的通用的 key 管理系統(tǒng)，使用加密協(xié)議傳輸，對(duì)訪問(wèn)者進(jìn)行驗(yàn)證，只允許特定的機(jī)器有權(quán)限訪問(wèn)。
使用 HTTP 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)都是明文傳輸?shù)模瑪?shù)據(jù)從發(fā)出到服務(wù)器接收，中間可能被劫持，篡改。比如常見的 DNS 劫持，HTTP 劫持，中間人攻擊。
用正確的姿勢(shì)傳輸數(shù)據(jù)，目的就是為了保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全，簡(jiǎn)單歸納為兩點(diǎn)：
需要確保進(jìn)行通訊的服務(wù)端是官方的、正確的服務(wù)端，而不是跟一個(gè)假的服務(wù)端在通信。 確保信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)是加密的，只有客戶端和服務(wù)端有能力對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。 確保信息在傳輸時(shí)不被篡改，或者數(shù)據(jù)被篡改時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。
1. 驗(yàn)證服務(wù)端的合法性
《改變未來(lái)的九大算法》一書中提到了公鑰加密和數(shù)字簽名技術(shù)，這是進(jìn)行安全通信的基礎(chǔ)技術(shù)保障。這里涉及到了加密技術(shù)，先了解兩個(gè)最基礎(chǔ)的概念：
對(duì)稱加密：加密和解密時(shí)使用的是同一個(gè)密鑰。 非對(duì)稱加密：需要兩個(gè)密鑰來(lái)進(jìn)行加密和解密：公開密鑰(public key，簡(jiǎn)稱公鑰)和私有密鑰(private key，簡(jiǎn)稱私鑰) ，公鑰加密的信息只有私鑰才能解開，私鑰加密的信息只有公鑰才能解開。
非對(duì)稱加密是實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證服務(wù)端合法性的基礎(chǔ)，常見的加密算法有 RSA 、 ECC 等 。服務(wù)端生成一對(duì)公鑰和私鑰，公鑰是公開的所有人都知道，客戶端需要和服務(wù)端通信時(shí)，使用該公鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，由于只有真實(shí)合法的服務(wù)端才擁有對(duì)應(yīng)的私鑰，所有只有真實(shí)的服務(wù)端才能解密該信息，然后返回?cái)?shù)據(jù)給客戶端時(shí)，使用客戶端自己生成的公鑰進(jìn)行加密，這樣數(shù)據(jù)只有對(duì)應(yīng)的客戶端才能理解。
使用 HTTPS 時(shí)，數(shù)字證書里包含了名稱和公鑰信息，只要認(rèn)證該證書是合法的，并且對(duì)方能理解用該公鑰加密的信息，就能確定是合法的服務(wù)端。
2. 確保通信的安全
既然使用非對(duì)稱加密的方式，可以保證雙方安全的通信，那是不是就一直使用非對(duì)稱加密傳輸數(shù)據(jù)就行了?理論上是可以的，但是非對(duì)稱加密的效率要比對(duì)稱加密的效率低很多。通常的做法是，通過(guò)非對(duì)稱加密的方法，協(xié)商出一個(gè)只有雙方知道的對(duì)稱加密密鑰。
即使在不安全的通信環(huán)境下，也可以協(xié)商出一個(gè)只有雙方才知道的對(duì)稱加密密鑰。在《改變未來(lái)的九大算法》一書里，有一個(gè)經(jīng)典的描述如何交互密鑰的例子(在所有溝通都是透明的情況下，如何協(xié)商出一個(gè)只有你和阿諾德才知道的顏料顏色。)：
ECDH 就是基于上面原理設(shè)計(jì)的密鑰交換算法：
密鑰協(xié)商好后，雙方就可以使用該密鑰進(jìn)行加密傳輸了，比如使用 AES 、 DES。
由于 ECDH 密鑰交換協(xié)議不驗(yàn)證公鑰發(fā)送者的身份，因此無(wú)法阻止中間人攻擊。如果監(jiān)聽者 Mallory 截獲了 Alice 的公鑰，就可以替換為他自己的公鑰，并將其發(fā)送給 Bob。Mallory 還可以截獲 Bob 的公鑰，替換為他自己的公鑰，并將其發(fā)送給 Alice。這樣，Mallory 就可以輕松地對(duì) Alice 與 Bob 之間發(fā)送的任何消息進(jìn)行解密。他可以更改消息，用他自己的密鑰對(duì)消息重新加密，然后將消息發(fā)送給接收者。
解決方法是，Alice 和 Bob 可以在交換公鑰之前使用數(shù)字簽名對(duì)公鑰進(jìn)行簽名。
即使攻擊者不能解密傳輸?shù)膬?nèi)容，但仍可以使用重放攻擊嘗試身份驗(yàn)證或用于欺騙系統(tǒng)。重放攻擊是指攻擊者將數(shù)據(jù)包截取后，向目標(biāo)主機(jī)重新發(fā)送一遍數(shù)據(jù)包。
使用時(shí)間戳。數(shù)據(jù)包在一定時(shí)間范圍內(nèi)才是有效的。 使用遞增的序號(hào)。收到重復(fù)的數(shù)據(jù)包時(shí)可以輕易的發(fā)現(xiàn)。 使用提問(wèn)應(yīng)答方式。收到數(shù)據(jù)包時(shí)可以判斷出來(lái)是否應(yīng)答過(guò)。
HTTPS 正是使用了上述的原理，保證了網(wǎng)站安全維護(hù)。所以，任何對(duì)安全有需求的系統(tǒng)都應(yīng)該使用 HTTPS。如果是使用自有協(xié)議開發(fā)，比如 APP 或游戲，應(yīng)該使用上述的方法保障通信的安全。
用正確的姿勢(shì)加密敏感信息
我們都知道，用戶的密碼不能明文保存，而且要使用不可逆的加密算法，只保存最終的 hash 結(jié)果用來(lái)驗(yàn)證是否正確。那用戶其他的敏感信息呢?比如身份證、銀行卡、信用卡等信息，該如何加密保存而不被泄露呢?
對(duì)于身份證信息，可以像密碼一樣只保存 hash 的結(jié)果，可以用于用戶輸入身份證號(hào)后進(jìn)行驗(yàn)證。假如需要給用戶顯示身份證信息，只需要保存抹掉了幾位數(shù)字的身份證號(hào)。
假如你的系統(tǒng)涉及到支付，需要用戶的銀行卡，信用卡(卡號(hào)，CVV碼)等信息時(shí)，必須遵循 PCI DSS (第三方支付行業(yè)數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn)。PCI DSS 是由 PCI 安全標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的創(chuàng)始成員(visa、mastercard、American Express、Discover Financial Services、JCB等)制定，力在使國(guó)際上采用一致的數(shù)據(jù)安全措施，包括安全管理、策略、過(guò)程、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)的要求的列表等，全面保障交易安全。
如果只是銀行卡，還需要遵循 ADSS (銀聯(lián)卡收單機(jī)構(gòu)賬戶信息安全管理標(biāo)準(zhǔn)) 標(biāo)準(zhǔn)。
2014年3月攜程泄露用戶銀行卡信息就是因?yàn)闆](méi)有遵循 PCI DSS 標(biāo)準(zhǔn)。
用正確的姿勢(shì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和監(jiān)控
2015年5月的攜程數(shù)據(jù)被刪事件，就是數(shù)據(jù)備份沒(méi)有做好的例子。數(shù)據(jù)備份是為了防止由于硬盤損壞或人為破壞導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。主要措施有：磁盤 raid，物理備份(磁帶庫(kù))，異地的邏輯備份。同時(shí)做好權(quán)限控制，并對(duì)訪問(wèn)記錄做好監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，保留現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)。
總結(jié)
本文總結(jié)了設(shè)計(jì)一個(gè)安全系統(tǒng)的基本原理和方法，并沒(méi)有舉出一個(gè)特定具體的方案，因?yàn)椴煌南到y(tǒng)對(duì)安全性的要求各有不同，設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)自身系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。比如加鹽 hash 的具體實(shí)施方法，salt 值如何構(gòu)成等等。
本文所述內(nèi)容如有不實(shí)之處或者有爭(zhēng)議的部分，歡迎交流指出。
常用的加密算法：
對(duì)稱加密：DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK、AES。
非對(duì)稱加密：RSA、ECC(橢圓曲線加密算法)、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA(數(shù)字簽名用)
Hash 算法：MD2、MD4、MD5、HAVAL、SHA-1、SHA256、SHA512、RipeMD、WHIRLPOOL、SHA3、HMAC
DES、3DES、AES 區(qū)別：
DES：1976年由美國(guó)聯(lián)邦政府的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布，密鑰為 56 位。
3DES：DES加密算法的一種模式，它使用3條56位的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次加密。
AES：高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，是下一代的加密算法標(biāo)準(zhǔn)，速度快，安全級(jí)別高，用來(lái)替代原先的DES。密鑰長(zhǎng)度可以是128，192或256比特。
