05 密码学攻击（Cryptographic Attacks）

Domain 3 · 攻击者怎么破密码，以及”加盐+密钥延展”怎么防

一句话秒懂

密码学攻击分两类思路：硬算（暴力/分析）和找软肋（实现/侧信道/社会工程）。防御的关键一招是加盐(salt)+密钥延展(key stretching)，让暴力破解成本飙升。

生活类比

暴力破解像试遍所有锁芯组合；侧信道像不撬锁、而是听锁芯转动的声音(功耗/电磁辐射)猜密码；加盐像每把锁里塞了随机异物，让”通用万能钥匙表(彩虹表)”失灵。

核心概念（大白话 + 原书定义）

1. 按思路分类的攻击

| 攻击 | 原理 | |—|—| | Brute-Force 暴力 | 穷举所有密钥/密码组合；每多 1 位密钥，时间翻倍 | | Analytic 分析 | 代数化简算法逻辑本身 | | Implementation 实现 | 钻实现/代码的漏洞（非算法本身） | | Statistical 统计 | 利用统计弱点（如随机数不真随机） | | Fault Injection 故障注入 | 用高压/极端温度等制造设备故障泄密 | | Side-Channel 侧信道 | 利用功耗、电磁辐射、CPU 占用等”指纹” | | Timing 时序（侧信道一种） | 精确测量运算耗时推断密钥 |

2. 按已知信息分类（经典密码分析）

Ciphertext-Only（仅密文）：只有密文，常用频率分析（英文 E/T/A/O/I/N 最常见；若最常见字母一致→换位密码，否则→替换密码）。
Known-Plaintext（已知明文）：有明文+密文对，易破弱码。
Chosen-Plaintext（选择明文）：自选明文得密文推密钥（差分密码分析属此类）。
Chosen-Ciphertext（选择密文）：能解密部分密文反推密钥。

3. 针对性攻击

Meet-in-the-Middle（中间相遇）：针对双重加密，使 2DES 仅比 DES 强一倍 → 故 2DES 被弃、用 3DES。⚠️ 别和 Man-in-the-Middle 混淆（MITM 是中间人窃听并重放建连）。
Birthday Attack（生日/碰撞攻击）：利用哈希碰撞，找另一消息产生相同 digest，保住原签名有效。
Replay（重放）：截获认证请求后重发开新会话；防御=时间戳+过期+挑战响应+临时会话密钥。
Man-in-the-Middle（MITM）： attacker 夹在双方间，分别与两者建独立加密会话、读全部流量。

4. 防御：加盐与密钥延展

Salt（盐）：在密码末尾加随机值再哈希，盐随哈希存于密码文件。→ 攻击者须为每个盐值单独建彩虹表，成本剧增。
Key Stretching（密钥延展）：刻意拖慢单次猜测。专用函数：PBKDF2、bcrypt、scrypt（皆支持 salt）。
盐+延展组合，暴力/字典/彩虹表攻击难度大幅上升。

彩虹表(rainbow table)：预计算哈希值，常用于破密码文件；加盐使其失效。

真实案例

2DES 之死：中间相遇攻击证明双加密几乎无增益，催生 3DES。
密码数据库泄露：若只用裸 MD5 且无盐，攻击者用彩虹表秒破；加盐+bcrypt 则难破——这就是为什么现代系统强制加盐。

考试怎么考

题型 A：问”加盐主要防御什么” → 彩虹表/字典/暴力破解；问”防重放攻击” → 时间戳+挑战响应。
题型 B：区分 Meet-in-the-Middle（破双重加密）vs Man-in-the-Middle（中间人窃听）。
必记混淆项：① 盐不保密、与哈希同存；② bcrypt/PBKDF2/scrypt 做密钥延展；③ 生日攻击针对哈希碰撞；④ 时序攻击是侧信道。

记忆口诀

“攻击分硬算与找缝：暴力/分析/实现/统计/侧信道/时序；破译看已知：仅密文→频率、已知/选择明文、中间相遇破2重；防御靠加盐+延展(bcrypt/PBKDF2/scrypt)。”

自测

加盐（salt）主要用来对抗哪类攻击手段？（答：彩虹表、字典与暴力破解——攻击者需为每个盐值单独建表）
Meet-in-the-Middle 攻击与 Man-in-the-Middle 攻击的主要区别是什么？（答：前者是密码分析攻击、针对双重加密算法降其安全性；后者是网络中间人攻击、窃听并重放通信会话）