彩虹表
大约 6 分钟
彩虹表
1、什么是密码彩虹表（Rainbow Table）？
密码彩虹表是一种通过预计算常见密码的哈希值来加速密码破解的工具。它主要用于破解通过哈希算法加密存储的密码。传统的密码哈希（例如，MD5、SHA-1 或 SHA-256）是单向的，即它们将原始密码转化为固定长度的哈希值，无法直接从哈希值推算出原始密码。然而，攻击者可以通过彩虹表来绕过暴力破解的时间限制，从而快速地还原出原始密码。
2、彩虹表的工作原理
彩虹表的基本思想是将预先计算好的密码哈希值存储在一个表中，并将该表与哈希算法的反向操作结合，从而加速哈希值到明文密码的逆向计算。彩虹表通过减少暴力破解过程中所需的时间和存储空间，提高密码破解的效率。
2.1、暴力破解 vs 彩虹表
暴力破解：暴力破解需要对每一个可能的密码进行哈希计算，并与目标哈希值进行比对。时间复杂度非常高。
彩虹表：彩虹表通过将所有可能的密码及其对应的哈希值预先计算并存储，使得攻击者可以直接查找哈希值对应的原始密码，而不需要每次都进行哈希计算。
2.2、使用哈希链
彩虹表的核心是哈希链（Hash Chain）。彩虹表并不会直接存储每个密码的哈希值，而是存储哈希值与原始密码之间的一系列关系。为了节省存储空间，彩虹表采用“链”的方式存储多个哈希值与密码之间的映射。
- 构建哈希链：彩虹表中的每个条目是通过一种特定的预处理函数生成的，这些函数被应用于密码和哈希值，从而创建“链”。
- 还原密码：当彩虹表用于破解时，攻击者会将目标哈希值“压缩”成链上的一个入口点，经过一系列反向推算操作，最终找到对应的密码。
3、彩虹表的构建与存储
- 初始化密码：从常见密码开始，如字典攻击中的常见密码或通过字符组合生成的密码。
- 应用哈希函数：对于每个密码，应用哈希算法（如 MD5、SHA1）得到哈希值。
- 缩减函数：为减少存储空间，彩虹表使用一种缩减函数（Reduction Function），该函数将哈希值转回到密码空间中的一个可能密码，形成一个新的密码-哈希对。缩减函数并不是哈希算法的逆运算，它只会将哈希值映射到密码空间中的某个密码。
- 生成哈希链：通过哈希和缩减函数的交替应用，生成一个哈希链。每个链条由多个哈希值组成，其中最后一个哈希值对应一个可能的密码。
- 存储表格：最终，彩虹表会存储每条链的第一个密码和最后一个密码的哈希值（或中间状态的密码-哈希对）。
4、如何使用彩虹表进行攻击？
当攻击者得到了一个密码的哈希值，并希望找出原始密码时，他们会采取以下步骤：
- 查找哈希链：通过查找彩虹表中每条链的最后一个哈希值，尝试与目标哈希值匹配。
- 通过反向推导还原密码：如果目标哈希值与某条链的最后一个哈希值匹配，攻击者就可以从该链的第一个密码开始，通过反向计算还原出对应的密码。
- 验证密码：找到候选密码后，攻击者会将它的哈希值与目标哈希值进行对比。如果匹配，破解成功。
5、彩虹表的优缺点
优点
- 速度：相比直接的暴力破解，彩虹表能显著减少计算时间，因为它依赖于预先计算和存储的哈希值。
- 存储空间相对节省：虽然彩虹表需要存储大量的密码-哈希映射，但通过哈希链和缩减函数，存储空间比直接存储所有密码的哈希值要小得多。
- 反向工程：对于已经获得的哈希值，彩虹表能快速找出相应的明文密码，而不需要重新计算每一个可能的密码的哈希值。
缺点
- 存储需求：尽管比暴力破解节省了时间，但彩虹表仍然需要大量的存储空间。为了涵盖足够的密码空间，表的大小可能会非常庞大，尤其是对于复杂的密码（如长密码和多样的字符集）。
- 限制于单一的哈希算法：彩虹表通常是针对某个特定的哈希算法生成的。例如，针对 MD5、SHA-1 等，如果目标哈希算法不同，彩虹表就无效。
- 需要缩减函数的选择：彩虹表的生成依赖于哈希链和缩减函数，而不同的缩减函数可能影响破解的效率。
- 现代防护措施：现代的密码存储机制（如使用盐（salt）和多轮哈希）会有效抵抗彩虹表攻击。盐（salt）是在密码哈希时添加到密码中的随机数据，使得即使两个用户的密码相同，它们的哈希值也不同，从而使彩虹表变得无效。
6、如何防范彩虹表攻击？
- 使用盐（Salt）：盐是密码哈希中加入的随机数据，通常与用户密码一起进行哈希处理。即使两个用户的密码相同，盐的不同也会导致哈希值不同，从而防止彩虹表攻击。
- 使用强哈希算法：选择更强的哈希算法（如 bcrypt、PBKDF2、scrypt 等），它们专门设计用于防止彩虹表攻击和暴力破解。这些算法的特点是计算速度较慢，增加了破解的难度。
- 增加密码复杂性：使用更长、更复杂的密码可以增加破解难度，即使在没有盐的情况下，也能防止彩虹表的有效性。
- 增加哈希轮数：通过多次对密码进行哈希处理（例如使用 PBKDF2 的多轮哈希），可以增加计算复杂度，从而防止彩虹表攻击。