安全随笔1：谨慎一次MD5值的可被穷举性
MD5不再安全不是从算法本身而言。如果从可逆性角度出发， MD5值不存在被破解的可能性。MD5的算法公式如下：
R=H(S)
该公式指出：对于给定的一个源内容S，H可以将其映射为R。这里要注意几个特点。首先，S到R的映射是一种多对一的映射；其次，R作为目标内容，是一个无规律的定长的字符串；最后，映射H是一种压缩映射，即R的空间远远小于S。
MD5的算法特性使其无法存在一个逆过程，即：将R还原成为S，下面的公式不成立：
R=H-1(S)
正是基于以上的特点，MD5被广泛用于密码验证和消息体完整性验证。相信大家对于密码验证使用MD5算法都不陌生。假设新注册了一个用户，当注册用户的密码第一次被存储到数据库的时候，我们往往将其转换为MD5值存储：
static void Main(string[] args)
{
string source = "luminji's key";
string hash = GetMd5Hash(source);
Console.WriteLine("保存密码原文:{0}的MD5值:{1}到数据库。", source, hash);
}
static string GetMd5Hash(string input)
{
using (MD5CryptoServiceProvider md5 = new MD5CryptoServiceProvider())
{
return BitConverter.ToString(md5.ComputeHash(UTF8Encoding.Default.GetBytes(input))).Replace("-", "");
}
}
以上代码输出：
保存密码原文:luminji's key的MD5值:D3A8E4D76A0AEF23B65D9F6D6BCB358F到数据库。
有了MD5值存储在数据库中，在用户进行登录的时候，只要校验MD5就可以确保用户输入的是否是正确的密码了。如下：
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("请输入密码，按回车键结束……");
string source = Console.ReadLine();
if (VerifyMd5Hash(source, "D3A8E4D76A0AEF23B65D9F6D6BCB358F"))
{
Console.WriteLine("密码正确，准许登录系统。");
}
else
{
Console.WriteLine("密码有误，拒绝登录。");
}
}
static bool VerifyMd5Hash(string input, string hash)
{
string hashOfInput = GetMd5Hash(input);
StringComparer comparer = StringComparer.OrdinalIgnoreCase;
return comparer.Compare(hashOfInput, hash) == 0 ? true : false;
}
本段代码的输出为：
请输入密码，按回车键结束……
luminji's key
密码正确，准许登录系统。
或许大家会问：为什么不直接存储密码，而使用MD5值呢？如果非要回答这个问题，我想更大程度上还是要从保护我们自己的隐私着想。即便是一个银行系统，我们也不想让银行的后台管理人员看到我们的密码。而通过MD5值，就可以确保这一点。通过验证MD5值，即保证了无人可以查看或破解我们的密码，也到达了密码验证的目的。虽然有人可能会质疑，MD5的算法不是一个多对一的映射吗？也就是说，很有可能存在一个另外的密码，求出来的MD5值和我的这个密码是一样的。但是，在实际应用场合中，这个概率会很小，小到可以忽略不计。
既然到目前为止，说到的都是MD5的好处，那么，为什么说MD5是不安全的呢？因为，这个世界上还有一个方法，叫做穷举法。鉴于使用我们的软件产品的用户大多数不是计算机专家，安全意识普遍比较薄弱，所以这类用户设置的密码很有可能是简单的数字组合。这个时候，穷举法就会派上很大的用处。以密码“8888”为例，测试下我们的穷举算法可以多长时间破解掉密码：
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("开始穷举法破解用户密码……");
string key = string.Empty;
Stopwatch watch = new Stopwatch();
watch.Start();
for (int i = 0; i < 9999; i++)
{
if (VerifyMd5Hash(i.ToString(), "CF79AE6ADDBA60AD018347359BD144D2"))
{
key = i.ToString();
break;
}
}
watch.Stop();
Console.WriteLine("密码已破解，为：{0}，耗时{1}毫秒。", key, watch.ElapsedMilliseconds);
}
在上面的代码中，我们假设用户代码是“0”到“9999”的字符串，并在此范围内进行匹配。结果输出为：
开始穷举法破解用户密码……
密码已破解，为：8888，耗时271毫秒。
可见，如果我们的密码输入的过份简单，计算机甚至都不需要1秒时间就能完成暴力破解。当然，这种算法不是针对MD5的可逆破解，而是非常愚笨的穷举。但是，即便是这样，穷举带来的危害仍然是巨大的。现在，已经有很多的免费或商业的MD5字典库，存储了相当数量的字符串的MD5值，我们只要提交一个MD5值进去，立刻就可以得到它的原文，只要这个原文不是非常复杂。所以，从这个方面来说，MD5不再安全。
明白了这一点，我们就需要找一个方法来改进MD5求值。目前，最通用的做法是多次MD5值法。我们修改GetMd5Hash方法，如下：
static string GetMd5Hash(string input)
{
string hashKey = "Aa1@#$,.Klj+{>.45oP";
using (MD5CryptoServiceProvider md5 = new MD5CryptoServiceProvider())
{
string hashCode = BitConverter.ToString(md5.ComputeHash(UTF8Encoding.Default.GetBytes(input))).Replace("-", "") + BitConverter.ToString(md5.ComputeHash(UTF8Encoding.Default.GetBytes(hashKey))).Replace("-", "");
return BitConverter.ToString(md5.ComputeHash(UTF8Encoding.Default.GetBytes(hashCode))).Replace("-", "");
}
}
在改进过后的方法中，我们首先设计了一个足够复杂的密码hashKey，然后将它的MD5值和用户输入密码的MD5值相加，再求一次MD5值作为返回值。经过这个过程以后，密码的长度够了，复杂度也够了，想要通过穷举法来得到真正的密码值的成本就大大增加了。
