2023年7月27日发(作者：)

密码派生函数

密码派生函数是密码学中的一种重要技术，也是保护信息安全的一种有效手段。密码派生函数可以将一个密码散列为一个固定长度的散列值，从而提高密码的安全性。本文将详细介绍密码派生函数的背景、基本原理、常见算法及其应用。

一、背景

密码派生函数（Password-Based Key Derivation Functions，PBKDF）最早是由 RSA

Security 公司推出的 PKCS#5 标准中所定义的一种技术。后来随着密码学应用的拓展，PBKDF 的应用也越来越广泛，例如在身份认证、访问控制、数据加密等场景下均有应用。

PBKDF 的基本思想是将一个人所选用的口令转化成更具安全性的密钥，然后通过这个密钥进行数据加密或计算认证等操作。如果一个人所选用的口令强度较低，即可通过

PBKDF 的加密操作将其转化成一个强密度的密钥，从而达到保护数据的目的。

二、基本原理

PBKDF 的主要作用是根据用户输入的密码和盐值来生成一个固定长度的密钥。盐值是一个随机数或者是由系统随机生成的，其主要目的是为了增加密码的复杂性，从而提高密码的安全性。

PBKDF 可以通过多种方式来生成密钥，其中比较常用的有双倍长态势和哈希函数。在双倍长态势中，系统会将输入的密码和盐值交错拼接成一个新的字符串，然后通过加密操作生成一个固定长度的密钥；而在哈希函数中，则是通过不断迭代哈希函数多次来生成密钥。

PBKDF 的性能也是非常关键的。在实际应用中，PBKDF 的运行时间不能过长，否则会对系统的响应时间产生较大的影响。在 PBKDF 的设计中，需要考虑到性能和安全性的平衡点。

三、常见算法

目前， PBKDF 得到了广泛的应用，其中最常见的算法包括 MD5、SHA1、SHA256 等。下面我们将简要介绍这些算法的主要特点。

1. MD5

MD5 (Message Digest Algorithm 5) 是由 RSA Data Security Inc. 发明的一种哈希函数算法。它可以将任意长度的信息快速压缩成一个 128 位（16 字节）的哈希值。 MD5 算法的主要特点是：操作简单、速度快、输出长度较短、抗查明性较弱。在实际使用中，由于 MD5 的抗查明性不够强，已经被证明是不安全的哈希算法，因此在密码派生函数中的应用较少。

2. SHA1

SHA1 算法的主要特点是：操作简单、输出长度适中、抗查明性较好。在实际使用中，

SHA1 被广泛应用于密码学中的各种场景，包括 SSL、SSH、数字签名、数据加密等方面。

四、应用

PBKDF 可以应用于很多密码学场景中，比如密码认证、消息认证码、数据完整性校验等方面。下面我们将以其中的一种应用场景，即口令哈希为例，介绍 PBKDF 的应用。

口令哈希是一种将用户输入的口令转换成安全密钥的技术，它通过对口令进行哈希操作，将得到的哈希值存储在系统中。当用户再次输入口令时，系统将对其进行哈希操作，然后与存储在系统中的哈希值进行比较，从而判断用户输入的口令是否正确。除了口令哈希，PBKDF 还可以应用于其他密码学场景中，例如加密密钥的派生。在数据加密中，通常会使用一个对称密钥来对数据进行加密和解密操作。如果该对称密钥的安全性较低，可能会被黑客轻松破解，从而导致数据泄露。在对称加密中， PBKDF 可以用来生成一个更加复杂和随机的对称密钥，从而提高数据的安全性。

PBKDF 还可以应用于生成消息认证码 (MAC)。MAC 是一种用于保护数据完整性的技术，它可以对数据进行加密，从而防止非法篡改。与口令哈希类似， PBKDF 可以将一个密码和随机盐值作为输入，生成一个固定长度的密钥，然后使用该密钥来生成一个 MAC，从而保护数据的完整性。

PBKDF 中的一些主要参数包括口令、盐值、迭代次数和密钥长度。这些参数的选择非常关键，会直接影响 PBKDF 的性能和安全性。下面我们将简单介绍这些参数的影响。

1. 口令

口令是 PBKDF 的输入之一，也是最重要的参数之一。为了保证安全性，用户应该选择更加复杂的口令，避免使用易于猜测的口令，例如出生日期、电话号码等。通常来说，一个口令的长度应该在 8 个字符左右，且应包含大小写字母、数字和特殊字符。而在

PBKDF 中，口令的长度会影响 PBKDF 的强度和复杂度。

2. 盐值

盐值是另一个非常重要的参数，它对密码哈希值的安全性也有很大的影响。在 PBKDF

中，盐值应该是一个随机生成的值，长度一般为 16 字节或 32 字节。盐值的作用是增加密码的复杂性，避免黑客对密码进行猜测，并增加哈希表攻击的难度。

3. 迭代次数 迭代次数是 PBKDF 的一个非常重要的参数，也是保证安全性的关键之一。迭代次数越大， PBKDF 生成的密钥越难破解，但同时也会降低系统的性能。在选择迭代次数时，需要根据具体场景综合考虑安全性和性能，并进行平衡。

4. 密钥长度

密钥长度也是 PBKDF 的一个重要参数，它会影响 PBKDF 生成的密钥的强度和复杂度。通常来说，生成的密钥长度应该足够长，以确保密码的安全性。在实际应用中，密钥长度一般为 128 位或 256 位。

PBKDF 技术在密码学中扮演着重要的角色，它可以提高密码的安全性，保护数据的机密性、完整性和可用性。在实际应用中，我们需要根据具体的场景和需求来选择合适的算法和参数，从而提高系统的安全性和性能。