Thuật toán Bcrypt là gì? Cùng tìm hiểu về hàm băm Bcrypt

Trong hầu hết các ứng dụng mà chúng ta sử dụng ngày nay, chúng ta thường phải đăng nhập bằng tài khoản được liên kết với tên người dùng hoặc địa chỉ email cùng mật khẩu. Tuy nhiên, làm sao chúng ta có thể đảm bảo rằng mật khẩu của chúng ta được bảo mật an toàn trước những cuộc tấn công nguy hiểm nhằm vào dữ liệu của chúng ta? Để làm điều này, ứng dụng của chúng ta cần một cách để mã hóa mật khẩu của người dùng và lưu trữ mật khẩu đó ở một nơi chỉ có thể truy cập bởi phần phụ trợ. Mặc dù có nhiều thuật toán có thể thực hiện công việc này, nhưng chúng ta sẽ tìm hiểu về lý do tại sao Bcrypt được coi là một trong những lựa chọn hàng đầu.

Thuật toán Bcrypt là gì?

Bcrypt là một thuật toán mã hóa mật khẩu được sử dụng để bảo vệ mật khẩu người dùng trong các hệ thống thông tin và ứng dụng. Nó được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công dò mật khẩu thông qua việc sử dụng kỹ thuật “chậm” và “đắt đỏ” (slow and expensive). Bcrypt sử dụng hàm băm (hash function) có thời gian tính toán chậm để mã hóa mật khẩu. Quá trình mã hóa này được thực hiện thông qua việc lặp đi lặp lại một số lần (số lần lặp lại được gọi là “factors” hoặc “cost”). Bằng cách thực hiện nhiều lần lặp, bcrypt tạo ra một chuỗi mã băm dài và khó đoán, gây khó khăn cho kẻ tấn công khi tìm ra mật khẩu ban đầu từ mã băm.

Bcrypt cung cấp một phương thức đơn giản để sử dụng trong các ngôn ngữ lập trình khác nhau. Thông thường, khi lưu trữ mật khẩu trong cơ sở dữ liệu, ta sẽ sử dụng Bcrypt để băm mật khẩu người dùng trước khi lưu trữ nó. Khi người dùng đăng nhập, hệ thống sẽ băm mật khẩu đã nhập và so sánh với giá trị băm trong cơ sở dữ liệu để xác nhận tính hợp lệ của mật khẩu. Với các tính năng an toàn và độ tin cậy của nó, bcrypt đã trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu để bảo vệ mật khẩu trong các ứng dụng và hệ thống hiện đại.

Lịch sử ra đời của thuật toán Bcrypt

Bcrypt được tạo ra bởi nhà phát triển hệ thống mật khẩu Niels ProvosDavid Mazières vào năm 1999. Ban đầu, thuật toán này được phát triển để đối phó với vấn đề của thuật toán mã hóa mật khẩu MD5 và DES, những thuật toán đơn giản và dễ bị tấn công.

Mục tiêu chính của Bcrypt là khắc phục những lỗ hổng bảo mật trong các thuật toán mã hóa mật khẩu trước đó và tạo ra một hệ thống lưu trữ mật khẩu an toàn hơn. Bcrypt sử dụng một hàm băm (hash function) kết hợp với một công thức mã hóa mật khẩu được gọi là “salt” để tạo ra một mã băm mật khẩu.

Một điểm đáng chú ý của Bcrypt là nó có thể điều chỉnh độ phức tạp tính toán của thuật toán bằng cách sử dụng một tham số gọi là “cost factor”. Tham số này quyết định số lần lặp lại quá trình băm mật khẩu và ảnh hưởng đến thời gian tính toán cần thiết để mã hóa mật khẩu. Điều này làm cho việc tấn công bằng cách thử và sai (brute force) trở nên đáng kể khó khăn hơn.

Bcrypt đã trở thành một trong những thuật toán mã hóa mật khẩu phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống bảo mật. Nó đã được công nhận vì tính bảo mật cao và khả năng chống lại các cuộc tấn công bằng từ điển, tấn công băm đồng nhất (rainbow table), và tấn công brute force.

Thuật toán Bcrypt hoạt động như thế nào?

Thuật toán Bcrypt hoạt động bằng cách sử dụng một loạt các vòng lặp (iterations) để tăng độ khó của quá trình băm mật khẩu. Dưới đây là quá trình hoạt động cơ bản của Bcrypt:

1. Tạo salt (muối): Bcrypt sử dụng một chuỗi salt ngẫu nhiên để gia tăng tính bảo mật của giá trị băm. Salt thường có độ dài 128 bits và được tạo ra một cách ngẫu nhiên cho mỗi mật khẩu.

2. Chuẩn bị yếu tố công việc (work factor): Yếu tố công việc (work factor) đại diện cho số lượng vòng lặp mà Bcrypt sẽ thực hiện để băm mật khẩu. Giá trị này được xác định bởi một tham số gọi là log_rounds (ví dụ: log_rounds = 10). Giá trị log_rounds càng cao thì quá trình băm càng mất thời gian và tài nguyên tính toán càng nhiều.

3. Băm mật khẩu: Mật khẩu của người dùng được kết hợp với salt và sau đó được đưa qua một chuỗi vòng lặp. Mỗi vòng lặp bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn mở rộng (expansion) và giai đoạn trộn (mixing).

a. Giai đoạn mở rộng (expansion): Mật khẩu kết hợp với salt và được đưa qua hàm Blowfish, trong đó các phần tử của mật khẩu và salt được kết hợp và trộn lẫn với nhau.

b. Giai đoạn trộn (mixing): Kết quả của giai đoạn mở rộng được sử dụng để tạo ra một chuỗi trạng thái (state) ban đầu. Quá trình này được lặp lại nhiều lần để tạo ra một chuỗi trạng thái cuối cùng.

4. Tạo giá trị băm: Sau khi hoàn thành các vòng lặp, chuỗi trạng thái cuối cùng được sử dụng để tạo ra giá trị băm cuối cùng. Giá trị băm này là kết quả cuối cùng mà người dùng sẽ lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.

Khi người dùng đăng nhập, quá trình băm sẽ được lặp lại với mật khẩu đã nhập và salt lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Kết quả của quá trình băm này được so sánh với giá trị băm đã lưu trữ. Nếu chúng khớp, mật khẩu được xác nhận là đúng; Nếu không, quá trình xác thực sẽ thất bại và người dùng sẽ không được cho phép truy cập.

Để băm mật khẩu, thuật toán băm mật khẩu của Bcrypt kết hợp chuỗi mật khẩu, muối và chi phí để lấy được hàm băm 24 byte sử dụng mã hóa cơ sở 64.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng thành phần của hàm băm:

  • Chuỗi mật khẩu. Một mật khẩu mạnh là cần thiết để tạo ra một hàm băm không thể xuyên thủng. Đây là lý do tại sao bcrypt giới thiệu chức năng tăng cường mật khẩu. Nếu mật khẩu văn bản đơn giản quá ngắn, nó có thể được kéo dài để trở nên dài hơn và phức tạp hơn. Bcrypt cho phép tối đa 72 byte cho mật khẩu, mặc dù thông thường, tối đa 56 byte được sử dụng để tạo hàm băm 31 ký tự. Băm mật khẩu có thể tạo ra tối đa 23 byte trong số băm 24 byte được tính toán.
  • Muối. Giá trị muối 16 byte ngẫu nhiên được thêm vào trước mật khẩu văn bản thuần túy. Sau đó, muối được băm, dẫn đến một chuỗi 22 ký tự được đặt trước hàm băm mật khẩu.
  • Yếu tố chi phí. Một chi phí bằng số được thêm vào phía trước hàm băm muối và mật khẩu, cho biết có bao nhiêu lần lặp lại mật khẩu đã được thực hiện trước khi hàm băm được tạo.
    Chuỗi băm sau đó được bắt đầu bằng các mã định danh thuật toán băm của bcrypt: $2a$, $2y$ hoặc $2b$.

Những vấn đề mà Bcrypt muốn giải quyết?

Dưới đây là một số vấn đề mà Bcrypt cố gắng giải quyết:

  1. Tấn công theo từ điển (dictionary attacks): Một vấn đề chung khi lưu trữ mật khẩu là tấn công từ điển, trong đó kẻ tấn công sử dụng các từ điển mật khẩu phổ biến để thử đoán mật khẩu người dùng. Bcrypt giải quyết vấn đề này bằng cách áp dụng một hàm hash mạnh và một công thức “salt” để ngăn chặn tấn công từ điển hiệu quả.
  2. Tính chất không đổi của mật khẩu: Mật khẩu thường ít thay đổi và có thể được sử dụng trong một loạt các dịch vụ khác nhau. Điều này tạo ra một vấn đề nếu thông tin xác thực của một dịch vụ bị rò rỉ, vì mật khẩu có thể bị tấn công trong các dịch vụ khác. Bcrypt giúp giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một hàm hash mạnh và một “salt” ngẫu nhiên cho mỗi mật khẩu, đảm bảo rằng các mật khẩu giống nhau sẽ có giá trị hash khác nhau.
  3. Tấn công bằng lực brute force: Tấn công brute force là quá trình thử tất cả các khả năng mật khẩu có thể để tìm ra mật khẩu chính xác. Bcrypt làm cho việc này khó khăn hơn bằng cách áp dụng một hàm hash chậm, tạo ra một thời gian chờ giữa các lần thử sai, làm chậm quá trình tấn công brute force.
  4. Quản lý các phiên làm việc: Bcrypt cung cấp một cách để lưu trữ mật khẩu an toàn và đáng tin cậy trong quản lý phiên làm việc. Khi một người dùng đăng nhập, mật khẩu được kiểm tra bằng cách so sánh giá trị hash lưu trữ với giá trị hash được tạo ra từ mật khẩu nhập vào. Điều này giúp xác định xem người dùng có cung cấp mật khẩu chính xác hay không mà không cần lưu trữ mật khẩu gốc.

Tại sao nên sử dụng bcrypt để băm mật khẩu?

Điều làm cho Bcrypt trở nên đặc biệt hơn một số thuật toán mã hóa khác là nó được coi là một thuật toán chậm. Nhiều thuật toán mà bạn có thể quen thuộc đang tìm kiếm thời gian chạy nhanh nhất có thể để tối đa hóa thời gian phản hồi tối ưu và độ phức tạp của không gian. Tuy nhiên, trong trường hợp của bcrypt, chúng tôi muốn thời gian chạy chậm nhất vì lý do trải nghiệm người dùng của chúng tôi. Làm chậm thuật toán này sẽ giảm số lần ‘đoán’ mà kẻ tấn công có thể thực hiện để truy cập mật khẩu của bạn. Ví dụ: chúng tôi có thể yêu cầu người dùng đợi thuật toán của chúng tôi chạy trong 1 hoặc 2 giây trước khi đăng nhập, nhưng khoảng thời gian này sẽ làm chậm đáng kể kẻ tấn công muốn thử hàng nghìn mật khẩu mỗi giây. chi phí là thứ kiểm soát mức độ tối ưu của thuật toán bcrypt của chúng tôi. Khi quyết định chi phí, bạn muốn tìm sự cân bằng giữa bảo mật và khả năng sử dụng. Chi phí càng cao thì càng an toàn nhưng thời gian chạy sẽ lâu hơn.

Dưới đây là một số lý do tại sao bạn nên sử dụng bcrypt để băm mật khẩu:

  • Chống tấn công theo từ điển (dictionary attacks): Bcrypt được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công bằng cách sử dụng một hàm hash mạnh, điều này làm cho việc tìm ra mật khẩu gốc từ một giá trị băm trở nên khó khăn đối với hacker. Bcrypt sử dụng một hàm hash phức tạp và thực hiện nhiều vòng lặp lên mỗi mật khẩu, làm tăng đáng kể thời gian tính toán cần thiết để tìm ra mật khẩu gốc.
  • Độ trễ tính toán (computational latency): Bcrypt được thiết kế để làm chậm quá trình băm mật khẩu. Điều này đảm bảo rằng thời gian tính toán để băm mật khẩu là đủ lớn để ngăn chặn các cuộc tấn công tìm kiếm ngẫu nhiên và tăng khả năng phát hiện tấn công brute-force.
  • Sự linh hoạt trong việc tăng cường bảo mật: Bcrypt cho phép bạn điều chỉnh các tham số khác nhau như số vòng lặp, độ dài muối (salt), và độ dài kết quả băm để tăng cường bảo mật. Bằng cách điều chỉnh các tham số này, bạn có thể tăng độ khó của quá trình băm mật khẩu và đảm bảo rằng thuật toán vẫn an toàn trong tương lai khi sức mạnh tính toán tiến bộ.
  • Tích hợp sẵn trong các thư viện mã hóa phổ biến: Bcrypt đã được tích hợp sẵn trong nhiều thư viện mã hóa và framework phát triển phổ biến như bcrypt.js (dành cho JavaScript), bcrypt-ruby (Ruby), bcrypt-python (Python) và nhiều ngôn ngữ và framework khác. Điều này làm cho việc sử dụng bcrypt trở nên dễ dàng trong các dự án phần mềm.

So sánh thuật toán Bcrypt với SHA-256?

Thuật toán Bcrypt và SHA-256 đều là thuật toán băm (hashing algorithm), nhưng có một số khác biệt quan trọng giữa chúng.

Mức độ an toàn

  • Bcrypt được coi là một trong những thuật toán băm an toàn nhất hiện nay, trong khi SHA-256 cũng có mức độ an toàn tốt, nhưng không cao như Bcrypt. Bcrypt được thiết kế đặc biệt để chống lại các cuộc tấn công brute-force bằng cách sử dụng một chuỗi salt ngẫu nhiên và thực hiện việc băm lặp lại nhiều lần.

Tốc độ

  • SHA-256 nhanh hơn Bcrypt về hiệu suất tính toán. Điều này có nghĩa là SHA-256 thích hợp hơn để sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu xử lý lớn hoặc thời gian phản hồi nhanh. Mặt khác, Bcrypt, được thiết kế để chậm hơn, đảm bảo rằng việc thử tấn công brute-force sẽ mất nhiều thời gian hơn.

Cấu trúc và sử dụng

  • Bcrypt sử dụng một chuỗi salt ngẫu nhiên để bảo vệ mật khẩu, trong khi SHA-256 không có khái niệm salt tích hợp. Bcrypt lưu trữ thông tin salt cùng với giá trị băm, trong khi SHA-256 chỉ tạo ra giá trị băm dựa trên dữ liệu đầu vào.

Ứng dụng

  • Bcrypt thường được sử dụng trong các hệ thống xác thực mật khẩu, nơi mật khẩu người dùng được lưu trữ. Một ví dụ điển hình là khi lưu trữ mật khẩu trong cơ sở dữ liệu của một ứng dụng web. SHA-256, theo mặc định, được sử dụng rộng rãi trong việc tạo giá trị băm cho các tệp tin hoặc thông điệp dữ liệu.

Tóm lại, Bcrypt được ưu tiên sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu mức độ an toàn cao hơn và chống lại các cuộc tấn công brute-force, trong khi SHA-256 thích hợp hơn trong các ứng dụng có yêu cầu về hiệu suất tính toán.

Bcrypt có an toàn để băm mật khẩu không?

Bcrypt là một thuật toán mật mã an toàn để băm và lưu trữ mật khẩu. Nhờ các yếu tố chi phí và muối bổ sung, bcrypt cung cấp khả năng bảo vệ mạnh mẽ chống lại các cuộc tấn công brute force và Rainbow table. Tin tặc không thể đoán được mật khẩu băm vì thuật toán băm hoạt động chậm của bcrypt, đòi hỏi nỗ lực tính toán cực cao.

Thiết lập mật mã linh hoạt của Bcrypt cũng được thiết kế để làm cho thuật toán băm ngày càng khó giải hơn và tuân theo các bước của công nghệ mới, nhanh hơn mà tin tặc có thể sử dụng.

Tóm lại: Bcrypt là một thuật toán băm mật khẩu mạnh và an toàn khi được sử dụng đúng cách. Nó được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công dò mật khẩu thông qua việc sử dụng một hàm băm lặp lại và một “salt” ngẫu nhiên. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng bcrypt không đảm bảo một hệ thống hoàn toàn an toàn. Bcrypt chỉ đảm bảo an toàn trong việc băm mật khẩu, nhưng hệ thống phải áp dụng các biện pháp bảo mật khác nhau như quản lý khóa truy cập, phân quyền và bảo vệ dữ liệu để đảm bảo an toàn toàn diện cho hệ thống của bạn. Do đó, luôn luôn nên tham khảo ý kiến ​​của các chuyên gia pháp lý trước khi sử dụng bcrypt.

Khả năng tương thích của Bcrypt?

Bcrypt được xem là một thuật toán băm mật khẩu phổ biến và có khả năng tương thích tốt với nhiều ngôn ngữ và hệ điều hành. Có các thư viện bcrypt sẵn có cho nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, cho phép bạn sử dụng bcrypt dễ dàng trong dự án của mình. Dưới đây là một số ví dụ về khả năng tương thích của bcrypt:

Ngôn ngữ lập trình:

  • Bcrypt được hỗ trợ trên nhiều ngôn ngữ lập trình phổ biến như Java, C#, Python, Ruby, PHP, JavaScript (Node.js), Go và nhiều ngôn ngữ khác. Các thư viện bcrypt thường được cung cấp để giúp bạn thực hiện mã hóa và xác minh mật khẩu bằng bcrypt trong ngôn ngữ lập trình của bạn.

Hệ điều hành:

  • Bcrypt không phụ thuộc vào hệ điều hành cụ thể. Vì vậy, bạn có thể sử dụng bcrypt trên nhiều hệ điều hành như Windows, macOS, Linux và các hệ điều hành khác.

Cơ sở dữ liệu:

  • Bcrypt không đòi hỏi tính tương thích đặc biệt với cơ sở dữ liệu. Bạn có thể lưu trữ mật khẩu băm bằng bcrypt trong hầu hết các cơ sở dữ liệu phổ biến như MySQL, PostgreSQL, MongoDB, và Redis.

Nếu bạn muốn sử dụng bcrypt trong dự án của mình, tìm hiểu về thư viện bcrypt tương ứng với ngôn ngữ lập trình bạn đang sử dụng để có các hướng dẫn cụ thể và tài liệu hỗ trợ.

Các ứng dụng sử dụng Bcrypt?

Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng sử dụng Bcrypt:

  1. Hệ thống quản lý người dùng: Các ứng dụng web có thể sử dụng Bcrypt để bảo vệ mật khẩu của người dùng trong cơ sở dữ liệu. Khi người dùng tạo tài khoản hoặc đổi mật khẩu, mật khẩu sẽ được mã hóa bằng Bcrypt trước khi lưu trữ. Khi người dùng đăng nhập, mật khẩu nhập vào sẽ được so sánh với mật khẩu đã mã hóa trong cơ sở dữ liệu.
  2. Ứng dụng di động: Các ứng dụng di động có thể sử dụng Bcrypt để bảo vệ thông tin đăng nhập của người dùng. Khi người dùng đăng ký tài khoản hoặc đăng nhập, mật khẩu sẽ được mã hóa bằng Bcrypt trước khi được gửi đến máy chủ.
  3. Dịch vụ xác thực API: Các ứng dụng hoạt động như dịch vụ xác thực API có thể sử dụng Bcrypt để bảo vệ thông tin đăng nhập của người dùng. Khi người dùng yêu cầu xác thực, mật khẩu sẽ được gửi đến dịch vụ API và được so sánh với mật khẩu đã mã hóa trong cơ sở dữ liệu.
  4. Hệ thống quản lý danh sách truy cập: Bcrypt cũng có thể được sử dụng để bảo vệ danh sách truy cập của hệ thống, ví dụ như quản lý quyền truy cập của người dùng. Mật khẩu hoặc mã truy cập có thể được mã hóa bằng Bcrypt trước khi lưu trữ trong hệ thống.

Hãy bình luận đầu tiên

Để lại một phản hồi

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiện thị công khai.


*