量子哈希
key = hash(user, password)
引言：当网站遭受拖库攻击后，一些使用弱口令的哈希值很容易被破解还原。本文将介绍一种新的存储方式，使攻击者更难进行哈希破解攻击。
传统存储方式：大多数系统通常将用户名和密码存储为一对一的关系。这种方式方便实现，同时通过哈希算法对密码进行加密也相对安全。然而，尽管密码不是明文存储，但用户名和密码之间的对应关系是明确的。攻击者可以针对某个有价值的用户，单独对其哈希值进行暴力破解攻击。那么是否有一种方案既能实现用户名和密码的认证，又不透露它们之间的对应关系呢？
合并存储方式：为了不透露对应关系，我们需要一个单独的表来存储用户名和密码的哈希值。这个表只需要一个字段，即存储二元组的哈希值。这样，每个哈希值对应唯一的密钥，而通过密钥既无法得知用户名，也无法得知密码。其他与密码无关的信息则存储在资料表中。
认证步骤：用户注册时，后端首先通过资料表查询用户名是否已注册，以确保用户名的唯一性。然后将用户名和密码的哈希值（即密钥）添加到密钥集合表中，其他信息则写入资料表。登录时，服务器根据提交的用户名和密码，使用相同的算法计算密钥，并检索是否存在于密钥集合表中。如果存在，则认证成功；否则，认证失败。认证成功后，可以根据用户名访问资料表中相应的记录，进行具体的业务操作。修改密码和注销用户也很简单，只需删除旧密钥，添加新密钥即可。这样，在与认证相关的数据中，不会出现任何有意义的信息，甚至连用户名都没有。
常见问题解答：
Q：将所有账号的认证信息混在一起，会相互干扰吗？比如用户A和用户C使用相同的密码，会不会有影响？
A：不会有影响。因为密钥不仅代表密码，还包含了用户名。只有当用户名和密码同时匹配时，才能找到对应的密钥。只要有一项不匹配，就无法找到对应的密钥。
Q：密钥之间会存在冲突吗？
A：尽管用户名是唯一的，但密钥结合了密码因素，因此无法保证所有密钥绝对唯一，理论上仍有冲突的可能。不过，只要密钥足够长，冲突的几率就可以忽略不计。例如选择32字节的密钥，即使网站有10亿用户，冲突的几率仍然非常小。
Q：账号A和账号B的密钥会不会一样？
A：当然不会。二元组的哈希值显然不能先合并再计算，而必须先单独计算，然后再合并。实际上，我们可以使用HMAC函数来同时哈希两个参数，这样更方便且更可靠。
Q：虽然密钥集合表的数据是无意义的，但其他表仍会泄露用户名等信息，这样还有意义吗？
A：我们的目的并不是防止用户名等信息的泄露，而是抹掉用户名和密码之间的关联，增加破解的难度。即使攻击者知道某个用户名，也无法找到对应的密钥，因为计算密钥需要用户名和密码。
Q：如果有人忘记了密码，那么这个用户的密钥是不是永远不知道了？
A：确实如此。没有密码就无法计算出密钥。不过，仍然可以实现重置密码的功能，只需通过其他手段证明帐号的拥有权，然后设置新密码即可。
优势：使用该方案后，即使密钥集合表泄露，用户名和密码也不会暴露。攻击者必须设法获取其他表的数据或从网站上爬取数据，才能获得实际的用户名。即使知道某个用户名，也无法找到对应的密钥，因为计算密钥需要用户名和密码。这种方案将敏感信息独立存储，并且不再显式透露用户名和密码的关系。
提升成本：作为防守方，可以人为增加查表的门槛。可以向密钥集合表中填充大量无用数据，故意将表撑大。攻击者无法区分哪些是真实的数据，哪些是无用的数据，只能对它们进行索引等处理，从而增加破解所需的资源。如果攻击者直接使用现成的数据库进行查表，效率显然会很低，密码破解速度将受限于数据库查询速度。对于跑字典攻击来说，数据库查询速度通常是不够快的。这种方案可以有效提高破解的成本。
记录填充：对于无用的填充数据，我们不是完全随机生成，而是通过一定的规律生成。例如，可以基于一个口令进行推导。这样，管理员只需提供一个值，就可以生成大量无用记录。由于攻击者无法区分规律，因此无法进行区分。
加盐：前面为了简单描述，我们省略了和盐相关的内容，现在将其补充进来。由于盐需要与用户名关联，无法存储在密钥集合表中，只能存放在其他表中，例如资料表。用户注册时，生成一个随机串作为盐，并保存。然后使用三元组的哈希值作为密钥。登录时，先根据用户名查询相应的盐，然后使用相同的方式计算密钥。这样，盐就融入到密钥中。加盐是必要的，因为用户名和密码通常具有一定的规律，如果不加盐，密钥无法抵御彩虹表攻击。
忘记密码：该方案唯一的缺陷在于密码重置。由于用户名和密码不再有关联，一旦用户忘记密码，想要重置密码就变得非常困难，因为不知道密码就无法知道对应的密钥。然而，解决方案仍然存在。首先，可以通过其他手段证明帐号的拥有权，例如短信、邮箱等。通过认证后，用户可以设置新密码，系统会生成新的密钥并添加到密钥集合表中，旧密钥仍然保留。然而，如果旧密码以后想起来了，仍然可以登录。为了解决这个问题，只需在重置密码时同时重置盐，这样用新盐计算的新密钥和旧密钥完全不相关。同时，旧盐一旦被覆盖，就永远消失了，没有任何人知道。因此，残留的旧密钥不会泄露曾经使用过的密码。
总结：与传统存储方案相比，该方案将敏感信息独立存储，并且不再显式透露用户名和密码的关系。尽管从算法上看，该方案并没有提升暴力破解的难度，但从工程化角度来看，增加了暴力破解的复杂度。只要攻击者对超大数据的查询算法实现不够好，跑字典的速度就难以提升，从而成为密码破解的瓶颈。如果您喜欢这篇文章，请转发给更多有需要的人，我们可以一起探讨其中的技术问题。
