CN102045169A - 一种新口令认证方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新口令认证方法，包括：接收输入的原始口令；生成随机值Salt值；根据所述随机值Salt值和所述原始口令(Password)，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；具体为：Hash₀＝H₀(salt+password)，记Hash₀的大小为L₀个字节；用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D，Hash₀的大小为L₀个字节，D是一个大小为2*L₀个字节的4维向量数组[x，y，z，w]；根据初始密钥Hash₀，通过混合逻辑填充，初始化密钥盒Box，根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’；取新密钥向量D’为最终密钥key。该方法的安全性极高，弥补了当前软件加密的安全缺陷，可抵抗口令暴力解析，能有效保护用户口令和数据的安全性。

Description

一种新口令认证方法和装置

技术领域

本发明涉及信息网络安全技术领域，特别是一种新口令认证方法和装置。

背景技术

信息安全是指通过保护应用、数据或者设备，使其免受非法授权的访问或使用，以达到保护信息和资源、保护用户及其私有性等目的，并确保在各种攻击下，应用和数据在传输过程中的安全性。数据安全作为信息安全最基本、最重要的环节，一直是人们关注的焦点。重要信息流逝，将给个人、企业带来损失，因此对重要信息进行加密，具有非凡的意义。随着信息安全要求的不断提高，随之而来的是层出不穷的各种口令加密算法，比如DES等，再结合不可逆的哈希算法以生成加密密钥，比如MD4等，这是目前主流软件的口令加密方式，而加密密钥的生成是这个过程中最重要的一个步骤，只要保持传输过程中加密密钥的安全性以及口令的安全性，就可以保证加密数据的安全性。随着科技的不断发展，各种攻击手段也随之跟进，因此对于哈希算法的安全性要求也随之提高。

就目前的技术水平而言，想要逆推现在的主流哈希算法或者利用CPU的计算能力来穷举哈希算法以取得密钥，显得有点力不从心，要花费的代价甚至超过数据本身的价值。然而并行解析技术的的出现改变了这一局面。

目前主流软件的信息加密存在一定的缺陷，口令穷举的数据路径具有高度的并行性，并行技术已然对传统口令学构成了巨大的威胁。对于这类简单的加密算法要解析口令，将是瞬间的事情，而口令一旦泄露了，数据就没有安全性可言。如果采用复杂的加密过程，比如增加哈希算法的循环轮次，虽然可以从一定程度上增加算法的抗并行平台解析性，但是也会增加数据解密的性能损耗，甚至使实时性得不到保证。下面分析几款主流软件加密算法缺陷：

NT Hash、MD5、SHA1等哈希算法，属于计算密集型算法，利用并行技术可轻易对其进行技术，因此直接利用哈希算法加密用户口令的软件，其安全性已大幅降低，比如QQ09的用户口令就是采用若干次MD5+TEA的方式进行加密，属于计算密集型，其在并行平台上的口令解析速度已达10亿/s的数量级。

PDF的用户口令采用50次MD5+20次RC4的方式加密，它通过少许循环增加计算量以增强软件安全性，但由于RC4只采用大小为256个字节的密钥调度数组，也可轻易得到并行加速，从而导致安全性降低。

0ffice07采用5万次SHA1+AES的方式加密，而0ffice采用10万次SHA1+AES的方式，它们都是通过增加哈希轮次以增加软件的安全性，该方式哈希算法比较单调，数据并行度比较高，0ffice10则减半，但解密时间却增倍。

文档压缩软件WinRAR是另外一个通过增加哈希轮次以增加软件安全性的典型，单纯增加哈希轮次虽然可从较大程度上保证安全性，但同时会影响解密的实时性。

存储加密软件TrueCrypt的加密有3种哈希+8种加密算法供用户选择，算法虽然比较多样，但是一旦算法被确定下来，其数据路径也具有高度的并行性，也可以轻易被并行平台解析。据了解，TrueCrypt中RIPEMD160+AES的加密方式通过并行加速。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种能有效抵抗口令解析的新口令认证机制，在算法过程中安插了不同的哈希算法选择，不同的口令，其数据路径可能完全不一样，可以有效打破并行平台的多线程机制。该算法过程不仅有大量的片外存储器存取操作(Box读写)，能在数据读写上造成很大的延迟，有效遏制了并行平台的数据吞吐率，又通过循环次数为N的主循环体增加计算量，从而致使并行平台口令解析无法进行，而且最后输出的密钥也是一个哈希值，同样具有哈希算法的安全性。

本发明提供了一种新口令认证方法，包括：

步骤1，接收输入的原始口令；

步骤2，生成随机值Salt值；

步骤3，根据所述随机值Salt值和所述原始口令(Password)，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；具体为：Hash₀＝H₀(salt+password)，记Hash₀的大小为L₀个字节；

步骤4，用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D，Hash₀的大小为L₀个字节，D是一个大小为2*L₀个字节的4维向量数组[x，y，z，w]；

步骤5，根据初始密钥Hash₀，通过混合逻辑填充，初始化密钥盒Box，

步骤6，根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’；

步骤7，取新密钥向量D’为最终密钥key。

优选地，所述步骤6之后还包括步骤：

根据所述初始密钥向量D和所述初始化密钥盒Box，通过对初始化密钥盒Box进行混合逻辑填充，生成新的密钥盒Box；

之后还包括循环计算步骤，具体包括：

设置循环上限为N；

选择哈希算法；

在每一次循环计算中，根据当前密钥向量D’_n的第一个字节D’_n(0)选择不同的哈希算法；所述n为大于或等于零，小于N的整数，表示当前循环轮次，N为循环上限，当n＝0时，D’₀为所述步骤6所生产的密钥向量D’；

根据当前循环第n次和当前密钥向量D’_n，构造下一轮循环过程密钥Hash_n+1；具体为：Hash_n+1＝H(n+D’_n)，n∈[0，N)；所述H为所述选择的哈希算法中的一种；

根据Hash_n+1生成下一轮循环过程密钥向量D_n+1，具体为D_n+1＝Convert_to_String(Hash_n+1)；所述Convert_to_String为字符串向量转化函数；

根据下一轮循环过程密钥向量D_n+1和新的密钥盒Box，通过逻辑运算，生成下一轮循环过程新密钥向量D’_n+1；

所述步骤7“取新密钥向量D’_n+1为最终密钥key”，为最后一次循环n＝N-1时计算得到的新密钥向量D’_N。

本发明还公开了一种新口令认证装置，包括：

接收模块，用于接收输入的原始口令；

随机值生成模块，用于生成随机值，确保同一口令、同一数据在不同时刻最终的加密信息不一样；

初始密钥生成模块，与接收模块和随机值生成模块相连，用于根据随机值和原始口令，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；

初始密钥向量生成模块，与初始哈希值生成模块相连，用于用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D；

初始密钥盒生成模块，与初始密钥生成模块相连，根据该模块生成的初始密钥Hash₀，通过混合填充，初始化密钥盒Box；

新密钥向量生成模块，与所述初始密钥向量生成模块和所述初始密钥盒Box生成模块相连，用于根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’；

最终密钥生成模块，与所述新密钥向量生成模块相连，用于取出新密钥向量D’，作为最终密钥key输出。

优选地，为了达到更好的效果，还包括新密钥盒Box生成模块和循环计算模块；

新密钥盒Box生成模块，与初始密钥向量生成模块和初始密钥盒Box生成模块相连，用于根据初始密钥向量D和初始化密钥盒Box，通过对初始化密钥盒Box进行自身逻辑填充，生成新的密钥盒Box；

循环计算模块，与所述新密钥盒Box生成模块、新密钥向量生成模块相连，用于根据设置的循环次数N进行循环计算，每次循环中，选择哈希算法，根据当前循环第n次和当前密钥向量D’_n，构造下一轮循环过程密钥Hash_n+1，并根据Ha sh_n+1生成下一轮循环过程密钥向量D_n+1，并根据下一轮循环过程密钥向量D_n+1和密钥盒Box，生成下一轮循环过程新密钥向量D’_n+1，并把最后一环节的循环计算得到的D’_N作为最终密钥向量发送给最终密钥生成模块；

所述n为大于或等于零，小于N的整数，表示当前循环轮次，N为循环上限，当n＝0时，D’₀为所述新密钥向量生成模块所生产的密钥向量D’。

本发明的有益效果是，利用随机Salt值，增加了算法过程的随机特性，安插了不同的哈希算法选择，使不同口令具有不同的数据路径，从而打破平行平台的多线程机制；哈希算法的输入数据块生成方式以及哈希的数据输入方式；算法通过一个主循环体实现密钥盒Box、哈希算法、哈希输入数据的不断更新，增加适当的内存存取次数以及计算量，遏制了并行平台的数据和指令吞吐率，从而致使并行平台口令解析无法进行；整个算法过程是不可逆的，算法最后的输入时一个哈希值，同样具有算法的安全性。非法授权者在不知道口令的情况下，想要尝试口令以取得机密数据，几乎是不可能的。该算法的安全性极高，弥补了当前软件加密的安全缺陷，可抵抗口令暴力解析，能有效保护用户口令和数据的安全性。

附图说明

图1为本发明的一种新口令认证方法流程示意图；

图2为本发明的一种新口令认证装置结构图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的一种新口令认证方法，包括：

步骤1，接收输入的原始口令；

步骤2，生成随机值，口令学上习惯称之为Salt值；

本步骤中，生成随机值Salt值，确保即使同一口令、同一数据，不同时刻输出的加密数据不一样，增加该方法的随机性。

步骤3，根据随机值Salt值和原始口令(Password)，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；

本步骤中，随机值Salt值和原始口令(Password)为输入，选取现有的哈希算法中的一种，当成默认哈希算法H₀，H₀可以为MD5、SHA1，RIPEMD160等算法。具体为：Hash₀＝H₀(salt+password)；记Hash₀的大小为L₀个字节。

步骤4，用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D；

本步骤具体为：把Hash₀转为字符串向量，记为D，则D是一个大小为2*L₀个字节的4维向量数组[x，y，z，w]，每一维占用一个字节：D＝Convert_to_String(Hash₀)；这里Convert_to_String是实现字符串向量转化的函数接口，可自行实现，其输入为Hash₀，输出为D。

比如：Hash₀＝0x11223300，L₀＝4个字节；则

D＝Convert_to_String(Hash₀)

＝Convert_to_String(0x11223300)

＝″11223300″

D变为8个字节，且[‘1’，‘1’，‘2’，‘2’]和[‘3’，‘3’，‘0’，‘0’]分别组成2个4维向量。

步骤5，根据初始密钥Hash₀，通过混合填充，初始化密钥盒Box；

这里，由于Box是通过密钥生成的，故常称之为密钥盒。

本步骤中，密钥盒Box初始化以初始密钥Hash0和Box自身为输入，进行填充混合，定义Box如下：unsigned int Box[4][256]。具体混合填充方法如下，其中％表示求余运算，&表示按位与运算，^表示异或运算：

记该混合填充过程为记录为I过程，则上述初始化可表示为：Box＝I(Hash₀，I₀)。

步骤6，根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’；本步骤的算法过程如下，记为T过程：

D’＝T(D，Box)；

其中L表示当前哈希的长度，2*L为当前密钥向量的大小，&表示按位与运算，^表示异或运算。

步骤7，根据初始密钥向量D和初始化密钥盒Box，通过对初始化密钥盒Box进行自身逻辑填充，生成新的密钥盒Box。

本步骤中，以D为输入，重新计算I过程，I的具体过程如步骤5所示；

Box＝I(D，2*L)；。

步骤8，循环计算。

该步骤为优选方案步骤，主要实现通过多次循环，通过新密钥向量D’，不断构造新的Hash值，第n遍计算时即Hash_n。然后通过Hash_n生成密钥向量D_n，并不断循环填充密钥盒Box，结合密钥向量D_n，生成新的密钥向量D’_n。该过程主要用于通过增加循环计算次数，提高暴破的难度。

这里Hash、D、D’右下角的n表示第n遍循环计算。总的循环次数N可以根据经验值，比如为2000。在N遍之类，每一遍的计算输出为下一遍的计算输入。当n＝0时，Hash_n＝Hash₀，D_n＝D，D’_n＝D’。

主要包括如下步骤：

步骤801，设置循环次数，选择哈希算法。

本步骤中，当前密钥向量D’_n的第一个字节D’_n(0)选择不同的哈希算法H₀，H₁，H₂；

记最终选择的哈希算法为H，则有：

此处的这些哈希函数的选择范围包括现在的所有哈希算法，可以根据加密强度进行定制选择，本实施实例中选择H₀为MD5算法，哈希大小为16个字节；H₁为SHA1算法，对应哈希大小为20个字节；H₂为RIPEMD160，哈希大小为20个字节。

步骤802，根据当前循环第n次和当前密钥向量D’_n，构造下一轮循环过程密钥Hash_n+1；

该步骤以当前循环第次n和当前密钥向量D’_n为输入构造哈希输入数据，输出一个哈希值。

Hash_n+1＝H(n+D’_n)，n∈[0，N)；记其长度为L个字节；这里H为所选哈希算法中的一种。

其中n表示当前循环轮次，H为801步骤所选择的哈希算法。比如801步骤所选择的哈希算法是H₂，则Hash_n+1＝H₂(n+D’_n)；但在下一轮循环，H有可能变为H₀；当n＝0时，D’₀为步骤6所生产的密钥向量D’；

步骤803，根据Hash_n+1生成下一轮循环过程密钥向量D_n+1和下一轮密钥盒；

该步骤中的下一轮循环过程密钥向量D_n+1是密钥的字符串形式。D_n+1＝Convert_to_String(Hash_n+1)；

其中Hash_n+1为802步骤的哈希值，Convert_to_String函数如步骤4所述。

步骤804，根据下一轮循环过程密钥向量D_n+1和下一轮密钥盒Box，生成下一轮循环过程新密钥向量D’_n+1；

该步骤混合计算密钥向量D_n+1和密钥盒Box；

D’_n+1＝T(D_n+1，Box)；

Box＝I(D_n+1，2*L)；T函数和I函数分别如步骤5和步骤6所述；D_n+1是803步骤的输出；Box为当前密钥盒。

步骤9，输出最终密钥key；

主循环体循环结束后，最后一个下一轮循环过程新密钥向量D’_N(N表示总循环次数，此时n＝N-1)记为最终密钥key。

步骤10，利用现有的加密算法和密钥Key，对需要加密的数据进行加密。

本步骤中，现有算法可以为现有的所有加密算法，如AES，Twofish，Serpent等，以Key为密钥，进行数据块加密。

第二个实施例，参见图2所示，本发明的一种新口令认证装置。包括：

接收模块，用来接收输入的原始口令；

随机值生成模块，用来生成随机值，确保同一口令、同一数据在不同时刻最终的加密信息不一样；

初始密钥生成模块，与接收模块和随机值生成模块相连，根据随机值Salt值和原始口令(Password)，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；

初始密钥向量生成模块，与初始哈希值生成模块相连，用于用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D；

初始密钥盒生成模块，与初始密钥生成模块相连，根据该模块生成的初始密钥Hash₀，通过混合填充，初始化密钥盒Box。

新密钥向量生成模块，与所述初始密钥向量生成模块和所述初始密钥盒Box生成模块相连，用于根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’。

最终密钥生成模块，与所述新密钥向量生成模块相连，用于取出新密钥向量D’，作为最终密钥key输出。

为了达到更好的效果，本发明的装置还包括新密钥盒Box生成模块和循环计算模块。

新密钥盒Box生成模块，与初始密钥向量生成模块和初始密钥盒Box生成模块相连，用于根据初始密钥向量D和初始化密钥盒Box，通过对初始化密钥盒Box进行自身逻辑填充，生成新的密钥盒Box；

循环计算模块，与所述新密钥盒Box生成模块、新密钥向量生成模块相连，用于根据设置的循环次数N进行循环计算，每次循环中，选择哈希算法，根据当前循环第n次和当前密钥向量D’_n，构造下一轮循环过程密钥Hash_n+1，并根据Hash_n+1生成下一轮循环过程密钥向量D_n+1，并根据下一轮循环过程密钥向量D_n+1和密钥盒Box，生成下一轮循环过程新密钥向量D’_n+1，并把最后一环节(n＝N-1时)的循环计算得到的D’_N作为最终密钥向量发送给最终密钥生成模块。所述n为大于或等于零，小于N的整数，表示当前循环轮次，N为循环上限，当n＝0时，D’₀为所述新密钥向量生成模块所生产的密钥向量D’。

本发明的有益效果是，利用随机Salt值，增加了算法过程的随机特性，安插了不同的哈希算法选择，使不同口令具有不同的数据路径，从而打破平行平台的多线程机制；哈希算法的输入数据块生成方式以及哈希的数据输入方式；算法通过一个主循环体实现密钥盒Box、哈希算法、哈希输入数据的不断更新，增加适当的内存存取次数以及计算量，遏制了并行平台的数据和指令吞吐率，从而致使并行平台口令解析无法进行；整个算法过程是不可逆的，算法最后的输入时一个哈希值，同样具有算法的安全性。非法授权者在不知道口令的情况下，想要尝试口令以取得机密数据，几乎是不可能的。该算法的安全性极高，弥补了当前软件加密的安全缺陷，可抵抗口令暴力解析，能有效保护用户口令和数据的安全性。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种新口令认证方法和装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种新口令认证方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，接收输入的原始口令；

步骤2，生成随机值Salt值；

步骤3，根据所述随机值Salt值和所述原始口令，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；具体为：Hash₀＝H₀(salt+password)，记Hash₀的大小为L₀个字节；

步骤4，用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D，Hash₀的大小为L₀个字节，D是一个大小为2*L₀个字节的4维向量数组[x，y，z，w]；

步骤5，根据初始密钥Hash₀，通过混合逻辑填充，初始化密钥盒Box，

步骤6，根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’；

步骤7，取新密钥向量D’为最终密钥key。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6之后还包括步骤：

根据所述初始密钥向量D和所述初始化密钥盒Box，通过对初始化密钥盒Box进行混合逻辑填充，生成新的密钥盒Box；

还包括循环计算步骤，具体包括：

设置循环上限为N；

选择哈希算法；

在每一次循环计算中，根据当前密钥向量D’_n的第一个字节D’_n(0)选择不同的哈希算法；所述n为大于或等于零，小于N的整数，表示当前循环轮次，N为循环上限，当n＝0时，D’₀为所述步骤6所生产的密钥向量D’；

根据当前循环第n次和当前密钥向量D’_n，构造下一轮循环过程密钥Hash_n+1；具体为：Hash_n+1＝H(n+D’_n)，n∈[0，N)；所述H为所述选择的哈希算法中的一种；

根据Hash_n+1生成下一轮循环过程密钥向量D_n+1，具体为D_n+1＝Convert_to_String(Hash_n+1)；所述Convert_to_String为字符串向量转化函数；

根据下一轮循环过程密钥向量D_n+1和新的密钥盒Box，通过逻辑运算，生成下一轮循环过程新密钥向量D’_n+1；

所述步骤7“取新密钥向量D’_n+1为最终密钥key”，为最后一次循环n＝N-1时计算得到的新密钥向量D’_N。

3.一种新口令认证装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收输入的原始口令；

随机值生成模块，用于生成随机值，确保同一口令、同一数据在不同时刻最终的加密信息不一样；

初始密钥生成模块，与接收模块和随机值生成模块相连，用于根据随机值和原始口令，通过哈希算法生成初始密钥Hash₀；

初始密钥向量生成模块，与初始哈希值生成模块相连，用于用Hash₀通过字符串转换，生成初始密钥向量D；

初始密钥盒生成模块，与初始密钥生成模块相连，根据该模块生成的初始密钥Hash₀，通过混合填充，初始化密钥盒Box；

新密钥向量生成模块，与所述初始密钥向量生成模块和所述初始密钥盒Box生成模块相连，用于根据初始化密钥盒Box和初始密钥向量D，通过逻辑运算，生成新密钥向量D’；

最终密钥生成模块，与所述新密钥向量生成模块相连，用于取出新密钥向量D’，作为最终密钥key输出。

4.根据权利要求3所述的一种新口令认证装置，其特征在于，还包括新密钥盒Box生成模块和循环计算模块；

新密钥盒Box生成模块，与初始密钥向量生成模块和初始密钥盒Box生成模块相连，用于根据初始密钥向量D和初始化密钥盒Box，通过对初始化密钥盒Box进行自身逻辑填充，生成新的密钥盒Box；

循环计算模块，与所述新密钥盒Box生成模块、新密钥向量生成模块相连，用于根据设置的循环次数N进行循环计算，每次循环中，选择哈希算法，根据当前循环第n次和当前密钥向量D’_n，构造下一轮循环过程密钥Hash_n+1，并根据Hash_n+1生成下一轮循环过程密钥向量D_n+1，并根据下一轮循环过程密钥向量D_n+1和密钥盒Box，生成下一轮循环过程新密钥向量D’_n+1，并把最后一环节的循环计算得到的D’_N作为最终密钥向量发送给最终密钥生成模块；

所述n为大于或等于零，小于N的整数，表示当前循环轮次，N为循环上限，当n＝0时，D’₀为所述新密钥向量生成模块所生产的密钥向量D’。

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