MySQL安全与审计之：`MySQL`的`Password Hashing`：`sha256`、`caching_sha2_password`的加密机制。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL安全与审计之：Password Hashing：sha256、caching_sha2_password的加密机制

大家好，今天我们来深入探讨MySQL中的密码加密机制，重点分析sha256和caching_sha2_password两种插件的工作原理以及它们在安全性方面的考量。密码安全是数据库安全的核心组成部分，理解这些加密机制对于构建安全可靠的MySQL应用至关重要。

密码哈希的重要性

在存储用户密码时，直接存储明文密码是极其危险的行为。一旦数据库泄露，所有用户的密码都会暴露，导致严重的安全性问题。因此，必须使用密码哈希技术来保护密码。

密码哈希是一种单向函数，它将密码转换为一段固定长度的哈希值。哈希函数具有以下特点：

单向性： 很难从哈希值反推出原始密码。
确定性： 相同的密码总是生成相同的哈希值。
抗碰撞性： 很难找到两个不同的密码生成相同的哈希值（虽然理论上存在碰撞，但实际应用中应选择足够安全的哈希算法）。

通过将密码哈希后存储，即使数据库泄露，攻击者也无法直接获得用户的明文密码，而是需要通过暴力破解、字典攻击等方式尝试破解哈希值。

MySQL的密码哈希演变

MySQL的密码哈希机制经历了几个阶段的演变：

mysql_old_password： 最早使用的哈希算法，安全性极低，容易被破解。
mysql_native_password： 改进了哈希算法，但仍然存在安全漏洞，容易受到中间人攻击。
sha256_password： 引入了SHA-256哈希算法，安全性得到显著提升。
caching_sha2_password： 在sha256_password的基础上增加了客户端缓存机制，提升了认证性能。

SHA-256加密机制

sha256_password插件使用SHA-256哈希算法来加密密码。SHA-256是一种广泛使用的密码学哈希函数，被认为是相对安全的。

工作原理：

生成随机salt： 服务器为每个用户生成一个随机的salt（盐）。Salt是一个随机字符串，用于与密码混合，增加破解难度。
哈希密码： 服务器将密码和salt连接起来，然后使用SHA-256算法进行哈希。
存储哈希值和salt： 服务器将哈希后的密码和salt存储在mysql.user表中。

认证过程：

客户端连接： 客户端连接到MySQL服务器。
服务器发送salt： 服务器将存储的salt发送给客户端。
客户端哈希密码： 客户端将用户输入的密码和接收到的salt连接起来，然后使用SHA-256算法进行哈希。
客户端发送哈希值： 客户端将哈希后的密码发送给服务器。
服务器验证： 服务器将接收到的哈希值与存储的哈希值进行比较，如果匹配，则认证成功。

示例：

假设用户名为'testuser'，密码为'password123'。

服务器生成salt： 假设生成的salt为'abcdefg'。

哈希密码： 服务器将'password123'和'abcdefg'连接起来，然后使用SHA-256算法进行哈希。

import hashlib

password = 'password123'
salt = 'abcdefg'
password_with_salt = password + salt
hashed_password = hashlib.sha256(password_with_salt.encode('utf-8')).hexdigest()
print(f"Hashed password: {hashed_password}")

输出：

Hashed password: 634194a50c1b2c48e46b2f94a97a800161451f6b6042c6c04910741b3455c027

存储哈希值和salt： 服务器将哈希值'634194a50c1b2c48e46b2f94a97a800161451f6b6042c6c04910741b3455c027'和salt'abcdefg'存储在mysql.user表中。

在mysql.user表中，相关字段如下：

字段	值
user	testuser
authentication_string	*634194A50C1B2C48E46B2F94A97A800161451F6B6042C6C04910741B3455C027
plugin	sha256_password
Password_expired	N
Password_last_changed	2023-10-27 10:00:00
Password_lifetime	NULL

安全性分析：

SHA-256算法本身具有较高的安全性，能够抵抗常见的密码破解攻击。
使用salt可以防止彩虹表攻击。彩虹表是一种预先计算好的哈希值表，攻击者可以使用彩虹表快速查找密码对应的哈希值。通过使用salt，每个密码的哈希值都是唯一的，即使两个用户使用相同的密码，它们的哈希值也会不同，从而避免了彩虹表攻击。
但是，sha256_password插件仍然存在中间人攻击的风险。攻击者可以在客户端和服务器之间截取salt和哈希值，然后冒充客户端连接到服务器。

caching_sha2_password加密机制

caching_sha2_password插件是sha256_password的改进版本，它增加了客户端缓存机制，以提高认证性能，并减少了服务器的负载。

工作原理：

除了sha256_password的基本功能外，caching_sha2_password还具有以下特性：

客户端缓存： 客户端将认证成功后的哈希值缓存在本地。下次连接时，如果密码没有更改，客户端可以直接使用缓存的哈希值进行认证，而无需再次进行密码哈希。
服务器端认证流程优化： 服务器会保存用户的公钥的哈希值。客户端会生成一个公钥私钥对，将公钥发送给服务器，服务器使用公钥加密一个随机数，客户端使用私钥解密后返回给服务器，服务器验证解密后的随机数是否正确，如果正确则认证成功，并将客户端的公钥的哈希值保存下来。

认证过程：

首次连接： 与sha256_password的认证过程相同，客户端需要进行密码哈希并发送给服务器进行验证。
缓存哈希值： 如果认证成功，客户端将哈希值缓存在本地。
后续连接：
- 客户端检查本地是否缓存了哈希值。
- 如果缓存了哈希值，客户端直接使用缓存的哈希值进行认证。
- 如果未缓存哈希值，则与首次连接的认证过程相同。

示例：

假设用户名为'testuser'，密码为'password123'。

首次连接： 与sha256_password的认证过程相同。
缓存哈希值： 客户端将哈希值'634194a50c1b2c48e46b2f94a97a800161451f6b6042c6c04910741b3455c027'缓存在本地。
后续连接： 客户端检查本地是否缓存了哈希值。
- 如果缓存了哈希值，客户端直接使用缓存的哈希值进行认证。

安全性分析：

caching_sha2_password继承了sha256_password的安全性，并且增加了客户端缓存机制，提高了认证性能。
但是，客户端缓存机制也带来了一些安全风险。如果客户端的缓存被攻击者获取，攻击者可以使用缓存的哈希值冒充用户连接到服务器。
该插件缓解了中间人攻击，使用了公钥加密的方式，即使中间人截取了数据，也无法解密。

如何查看用户使用的插件：

可以使用以下SQL语句查看用户使用的插件：

SELECT user, plugin FROM mysql.user WHERE user = 'testuser';

如何修改用户使用的插件：

可以使用以下SQL语句修改用户使用的插件：

ALTER USER 'testuser'@'localhost' IDENTIFIED WITH caching_sha2_password BY 'password123';

插件选择建议：

如果对安全性要求较高，建议使用caching_sha2_password插件，并采取适当的措施保护客户端缓存的安全。
如果对性能要求较高，且能够接受一定的安全风险，可以使用caching_sha2_password插件。
不建议使用mysql_native_password和mysql_old_password插件，因为它们存在严重的安全漏洞。

安全性最佳实践

除了选择合适的密码哈希插件外，还需要采取其他安全措施来保护密码安全：

使用强密码： 要求用户使用包含大小写字母、数字和特殊字符的强密码，并定期更换密码。
限制密码重试次数： 限制用户在一定时间内尝试密码的次数，防止暴力破解攻击。
启用双因素认证： 启用双因素认证可以增加账户的安全性，即使密码泄露，攻击者也无法轻易登录。
定期审查用户权限： 定期审查用户的权限，确保用户只拥有必要的权限，防止权限滥用。
监控数据库安全： 监控数据库的安全日志，及时发现和处理安全事件。

总结

密码哈希是保护数据库安全的关键技术。sha256_password和caching_sha2_password插件提供了相对安全的密码哈希机制，但仍需结合其他安全措施来构建安全可靠的MySQL应用。理解这些加密机制的原理和局限性，能够帮助我们更好地保护数据库的安全。

关于密码哈希机制的思考

选择合适的密码哈希算法并结合其他安全措施是数据库安全的重要组成部分，持续关注密码安全领域的最新发展，并根据实际情况调整安全策略，才能更好地保护数据安全。

密码加密插件的选择

根据安全性需求和性能考量，选择合适的密码加密插件，同时定期审查用户权限和监控数据库安全，构建更安全的MySQL环境。

安全性始终是第一位的

密码安全是数据库安全的核心，必须采取各种措施来保护密码安全，防止数据泄露和安全事件的发生。