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

好的，我们开始今天的讲座，主题是MySQL安全与审计之：MySQL的Password Hashing：sha256、caching_sha2_password的加密机制。

引言

在数据库安全领域，用户密码的存储和管理至关重要。直接存储明文密码是不可接受的，因为一旦数据库泄露，所有用户的密码都会暴露。因此，密码哈希（Password Hashing）技术应运而生，它将密码转换成不可逆的哈希值，即使数据库泄露，攻击者也无法轻易还原出用户的原始密码。

MySQL提供了多种密码哈希机制，其中 sha256 和 caching_sha2_password 是比较常见的两种。我们将深入探讨这两种机制的原理、配置、优缺点以及如何选择适合的机制。

一、sha256加密机制

sha256 是一种安全散列算法（Secure Hash Algorithm），由美国国家安全局（NSA）设计，属于SHA-2家族。它将任意长度的输入（密码）转换为固定长度的256位（32字节）的哈希值。

1.1 原理

sha256 算法的原理比较复杂，涉及到一系列的位运算、逻辑运算、加法运算以及查表操作。简单来说，它会将输入数据分割成固定大小的块，然后通过多轮迭代运算，不断混合和扰乱数据，最终生成哈希值。sha256 的设计目标是抗碰撞性，即很难找到两个不同的输入，产生相同的哈希值。

1.2 MySQL中的sha256

在MySQL 5.6版本之前，MySQL使用 password() 函数进行密码哈希，该函数使用的算法比较老旧，安全性较低。从MySQL 5.6版本开始，MySQL引入了 sha256_password 认证插件，使用 sha256 算法对密码进行哈希。

1.3 配置

要使用 sha256_password 认证插件，需要在MySQL服务器端启用它。通常情况下，MySQL默认会启用该插件。可以通过以下SQL语句查看已安装的插件：

SHOW PLUGINS;

如果在结果中看到 sha256_password 插件，则表示该插件已启用。

创建用户时，MySQL会自动使用默认的认证插件对密码进行哈希。可以使用以下SQL语句创建用户：

CREATE USER 'test_user'@'localhost' IDENTIFIED BY 'password123';

如果想显式指定使用 sha256_password 认证插件，可以使用 IDENTIFIED WITH 子句：

CREATE USER 'test_user'@'localhost' IDENTIFIED WITH sha256_password BY 'password123';

1.4 优点

  • 安全性高： sha256 算法的抗碰撞性较强，可以有效防止密码被破解。
  • 兼容性好： sha256_password 认证插件被广泛支持，可以兼容大多数MySQL客户端。

1.5 缺点

  • 性能开销： sha256 算法的计算复杂度较高，相比于一些更快的哈希算法，会带来一定的性能开销。
  • 不支持旧客户端： 某些较旧的MySQL客户端可能不支持 sha256_password 认证插件。

1.6 代码示例

在MySQL中，密码哈希是由服务器自动完成的，无需手动调用哈希函数。但是，可以使用编程语言（例如Python）来模拟 sha256 算法，以便更好地理解其原理。

import hashlib

def hash_password_sha256(password):
  """使用 sha256 算法对密码进行哈希."""
  password_bytes = password.encode('utf-8')  # 将密码转换为字节串
  sha256_hash = hashlib.sha256(password_bytes).hexdigest()  # 计算 sha256 哈希值
  return sha256_hash

# 示例
password = "password123"
hashed_password = hash_password_sha256(password)
print(f"原始密码: {password}")
print(f"sha256 哈希值: {hashed_password}")

二、caching_sha2_password加密机制

caching_sha2_password 是MySQL 8.0版本引入的新的默认认证插件。它也是基于 sha256 算法，但引入了缓存机制，以提高认证性能。

2.1 原理

caching_sha2_password 插件的工作原理如下：

  1. 首次认证： 客户端连接到MySQL服务器，并提供用户名和密码。服务器使用 sha256 算法对密码进行哈希，并与存储在数据库中的哈希值进行比较。如果匹配，则认证成功。
  2. 缓存哈希值： 服务器将认证成功的用户的哈希值缓存在内存中。
  3. 后续认证： 当同一个用户再次连接到服务器时，服务器首先检查缓存中是否存在该用户的哈希值。如果存在，则直接使用缓存中的哈希值进行认证，而无需再次计算哈希值。

这种缓存机制可以显著提高认证性能，尤其是在高并发场景下。

2.2 配置

caching_sha2_password 插件是MySQL 8.0版本的默认认证插件，因此通常情况下无需手动配置。但是，可以通过以下方式进行配置：

  • 全局默认认证插件： 可以通过修改 my.cnf 配置文件中的 default_authentication_plugin 参数来设置全局默认认证插件。

    [mysqld]
default_authentication_plugin=caching_sha2_password

  • 用户级别认证插件： 创建用户时，可以使用 IDENTIFIED WITH 子句指定认证插件。

    CREATE USER 'test_user'@'localhost' IDENTIFIED WITH caching_sha2_password BY 'password123';

2.3 优点

  • 性能高： 缓存机制可以显著提高认证性能。
  • 安全性高： 基于 sha256 算法，具有较高的安全性。

2.4 缺点

  • 兼容性问题： 某些较旧的MySQL客户端可能不支持 caching_sha2_password 认证插件。
  • 内存占用： 缓存哈希值会占用一定的内存空间。

2.5 代码示例

caching_sha2_password 插件的缓存机制是由MySQL服务器自动管理的，无需手动编写代码来操作缓存。但是，可以使用性能测试工具来验证其性能优势。

三、认证插件选择

选择合适的认证插件需要综合考虑安全性、性能、兼容性等因素。

特性 sha256_password caching_sha2_password
安全性 高 高
性能 中 高
兼容性 较好 较差
默认认证插件（MySQL） 5.6及之后 8.0及之后
缓存机制 无 有
  • 如果安全性是首要考虑因素， 并且客户端兼容性不是问题，则可以选择 caching_sha2_password 插件，以获得更高的性能。
  • 如果需要兼容较旧的MySQL客户端， 或者对性能要求不高，则可以选择 sha256_password 插件。
  • 如果使用的是MySQL 8.0及更高版本， 并且没有特殊需求，则可以使用默认的 caching_sha2_password 插件。

四、解决caching_sha2_password的兼容性问题

由于caching_sha2_password是MySQL 8.0的默认认证方式，老版本的客户端可能不支持这种认证方式，导致无法连接到数据库。解决这个问题有以下几种方法：

  1. 升级客户端： 这是最直接的解决方法。将客户端升级到支持caching_sha2_password的版本。例如，将MySQL Connector/J升级到8.0以上版本。

  2. 修改用户认证方式： 将用户的认证方式修改为mysql_native_password。这种方式是MySQL 8.0之前使用的认证方式，兼容性更好。可以使用以下SQL语句修改用户认证方式：

    ALTER USER 'your_user'@'your_host' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY 'your_password';

    修改后，需要刷新权限：

    FLUSH PRIVILEGES;

    注意： 将用户的认证方式修改为mysql_native_password会降低安全性，因为mysql_native_password使用的哈希算法相对较弱。

  3. 使用--default-auth参数： 在连接数据库时，可以使用--default-auth参数指定默认的认证插件。例如：

    mysql -u your_user -p -h your_host --default-auth=mysql_native_password

    这种方式只对本次连接有效，不会修改用户的认证方式。

  4. 修改全局默认认证方式(不推荐)： 修改MySQL服务器的配置文件my.cnf或my.ini，将default_authentication_plugin参数修改为mysql_native_password。

    [mysqld]
default_authentication_plugin=mysql_native_password

    修改后，需要重启MySQL服务器。

    注意： 这种方式会影响所有用户的默认认证方式，降低整个数据库的安全性。因此，不推荐使用这种方式。

五、密码安全最佳实践

除了选择合适的密码哈希机制外，还需要遵循一些密码安全最佳实践：

  • 使用强密码： 密码应该足够长，包含大小写字母、数字和特殊字符。
  • 定期更换密码： 定期更换密码可以降低密码泄露的风险。
  • 不要在多个网站使用相同的密码： 如果在一个网站上的密码泄露，攻击者可能会尝试使用相同的密码登录其他网站。
  • 启用双因素认证： 双因素认证可以提供额外的安全保护，即使密码泄露，攻击者也无法轻易登录。
  • 限制密码尝试次数： 限制密码尝试次数可以防止暴力破解攻击。
  • 监控数据库安全日志： 监控数据库安全日志可以及时发现异常行为。

六、安全审计的重要性

密码安全是数据库安全的重要组成部分，但仅仅依靠密码哈希是不够的。还需要进行安全审计，以便及时发现和处理安全问题。

安全审计可以记录数据库的各种操作，例如用户登录、数据修改、权限变更等。通过分析这些审计日志，可以发现潜在的安全风险，例如：

  • 未经授权的访问： 审计日志可以记录哪些用户访问了哪些数据，如果发现未经授权的访问，可以及时采取措施。
  • 恶意代码注入： 审计日志可以记录SQL语句的执行情况，如果发现恶意代码注入，可以及时阻止。
  • 数据泄露： 审计日志可以记录数据的导出情况，如果发现数据泄露，可以及时采取措施。

MySQL提供了多种审计工具，例如MySQL Enterprise Audit，可以帮助用户进行安全审计。

总结的提炼

  • sha256 和 caching_sha2_password 都是基于 sha256 算法的密码哈希机制，但 caching_sha2_password 引入了缓存机制，提高了认证性能。
  • 选择合适的认证插件需要综合考虑安全性、性能、兼容性等因素。
  • 除了选择合适的密码哈希机制外，还需要遵循一些密码安全最佳实践，并进行安全审计。

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