巨量演算实现碰撞!Google攻破最重要的加密技术

Google 的研究人员刚刚创造了计算机加密学在 2017 年的第一个里程碑:他们攻破了 SHA-1 安全加密算法。

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实验的关键研究者是来自荷兰 CWI 研究机构的马克·斯蒂文斯 (Marc Stevens),他在哈希算法方面发布过大量优秀的研究成果。从 2013 年开始在学界展现出攻克 SHA-1 算法的决心,之后陆续发布了一系列新成果和改进方法。通过和 Google 进行合作,他获得了实现本次攻破的关键资源:强大的计算能力。

这件事相当重要,令人激动。原因还要从 SHA-1 到底是个什么东西说起。

SHA-1 是什么?

SHA-1(全称 Secure Hash Algorithm-1)是一种安全加密算法,最主要的用途是数字签名。

举个例子:你肯定在电脑上下载过软件吧?是否记得,文件的上传者曾提醒过你,在下载后要校验文件?有没有见过类似下图中的文字?

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这是因为,使用 SHA-1、MD5 这样的哈希算法,对文本文档、表格、音乐mp3、PDF、可执行文件或其他任何文件等进行计算,都会得出像上图中这样的字段(哈希值)。在过去只要文件不同,对应的哈希值都绝对不一样,就像是给每个文件都加上了数字的签名。

而 SHA-1 哈希值应该是 40 个英/数字:比如上面这张图片对应的 SHA-1 值是:

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对于下载者来说,原文件的哈希值很重要:当你下载了一个软件,用文件校验工具查看它的 SHA-1/MD5 值,如果和原文件的不一样,你就得小心了,因为文件显然被修改过了,而里面可能包含了病毒或其他恶意代码。

文件哈希值校验实例

文件哈希值校验实例

SHA-1 和 MD5 是世界上最为常用的文件校验加密算法,过去一直被认为是比较安全和可靠的算法——直到今天。

Google 和 CWI 一起研究出了一种方法,能够让两个不同的文件采用 SHA-1 演算之后,呈现出完全一致的哈希值。

 

怎样攻破的?

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这次攻破被命名为 SHAttered attack。研究者提供了两张内容截然不同,在颜色上存在明显差异,但 SHA-1 哈希值却完全相同的 PDF 文件作为证明:

shattered

在博客中,研究者写道:

哈希碰撞(hash collision,即两个不同文件哈希值一致,也有译作哈希冲突)本来不应该发生。但实际上,当哈希算法存在漏洞时,一个有足够实力的攻击者能够制造出碰撞。进而,攻击者可以用去攻击那些依靠哈希值来校验文件的系统,植入错误的文件造成恶果。举个例子,两份条款完全不同的保单。

本次 Google 对其进行攻破花费了巨量的算力:总计 9,223,372,036,854,775,808——超过 9×10^18 次演算。

破解分为两个阶段,分别需要一个 CPU 进行 6500 年,和一个 GPU 进行 110 年的计算才可以完成。这是因为研究者采用了自行研发的 Shattered 破解方法,其效率远胜于使用暴力破解。而且 Google 云平台提供的大规模计算技术,显著减轻了负担。

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这也是为什么必须“有足够实力的攻击者”才能攻破……

 

需要恐慌吗……

2012 年安全技术专家布鲁斯·施奈尔曾经估计,完成一次 SHA-1 碰撞在 2012 年需要耗费 277 万美元,到 2015 年则降到 70 万美元,2021 年只需要 4.3 万美元。他还暗示,到 2018 年就会有犯罪集团具备伪造 SHA-1 签名证书的能力。

但至少目前,人们并不需要恐慌。首先就事件本身而言,普通网友不需要担心有人会用它做坏事,因为 Google 漏洞披露政策规定,本次 SHAttered attack 的研究者需要等待 90 天才能发布原始代码。就算掌握了代码,至少也得有 Google 这种水平的大规模计算能力……

另外,研究者上线了一个网站 shattered.io,网友可以上去了解更多技术细节,还可以上传自己的文件,测试自己的文件是否安全。

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作为一种老旧的哈希算法,SHA-1 正在被其后来者,比如 SHA-2 和 SHA-3 新算法以及它们的各种变体所取代。三大浏览器 Chrome、微软 Edge/IE 和火狐浏览器都决定弃用 SHA-1。

Google 早在 2014 年就未雨绸缪,宣布了逐渐放弃 SHA-1 的决定。去年开始,Google 的 Chrome 浏览器已经不再支持 SHA-1 证书,会将其标记为不安全。当证书过期之后,浏览器将无法访问这些网站。Google 方面也推荐 IT 人士采用 SHA-256 等更安全的算法。所以今天的实验结果宣布,也算是给 SHA-1 补上迟来的一刀了……

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微软 Edge 浏览器团队此前在其博客中表示,将于 2017 年中开始弃用 SHA-1。但据《福布斯》网络版报道,另一位安全专家凯文·贝尔蒙特则在 Twitter 上指出,弃用 SHA-1 的 Windows 安全更新本应该在 2 月早些时候推送,但仍处于延期发布的状态。

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去年 10 月,火狐浏览器的开发商 Mozilla 也宣布了同样的决定。

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最后再送上:一张图看懂 SHAttered attack(Google 官方制作)

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