密钥派生函数
密钥派生函数
密钥派生函数（KDF）是一种从秘密值（如密码或短语）中派生一个或多个密钥的加密算法。其主要目的是使得逆向此过程以恢复原始秘密成为计算上难以实现的。
密钥派生函数的工作原理
密钥派生函数在加密领域中具有多种用途。它们常用于以下场景：
基于密码的KDF：在安全存储和传输密码的系统中，使用KDF从密码中派生一个加密密钥。这样，即使派生的密钥被泄露，获取原始密码也是计算上困难的。流行的基于密码的KDF算法包括Argon2、PBKDF2和bcrypt。
示例：考虑一个用户密码数据库。与其直接存储密码，不如使用KDF来派生密码的哈希值，然后将其存储在数据库中。当用户在登录过程中输入密码时，使用相同的KDF算法从输入的密码中派生哈希值，并将其与存储的哈希值进行比较。这样，任何获得密码数据库访问权限的人都无法知道原始密码。
加密密钥派生：KDF用于派生用于加密、解密或认证等目的的加密密钥。这些密钥对于确保数据的保密性、完整性和真实性至关重要。加密KDF提供了一种生成安全密钥的方法，这些密钥能够抵抗试图猜测或派生原始密钥的攻击。著名的加密KDF包括HKDF（基于HMAC的密钥派生函数）、scrypt，以及TLS（传输层安全）协议中的密钥扩展函数。
示例：在安全消息应用中，可以使用KDF来派生加密和解密消息的会话密钥。KDF以共享秘密密钥、nonce和附加上下文数据作为输入，生成对每个会话唯一的会话密钥。这样，即使攻击者拦截了加密消息，他们也无法在不知道共享秘密密钥的情况下派生会话密钥。
密钥增强：KDF还用于通过增加熵来增强弱密钥或密码，使其更能抵抗暴力攻击。通过多次应用KDF或使用附加的随机数据迭代此过程，最终派生的密钥在计算上具有更高的破解成本。
示例：当用户选择弱密码时，可以使用KDF来增强它。通过使用高迭代次数和随机salt应用KDF算法，结果派生的密钥在使用暴力方法进行猜测或破解时变得指数级地困难。
防御建议
为了最大限度地提高密钥派生函数提供的安全性，请考虑以下防御建议：
使用强密码：使用强且唯一的密码可显著增加逆转KDF过程的难度。密码中应包含大小写字母、数字和特殊字符的组合。避免使用常见且容易猜测的词语或模式。
选择安全的KDF算法：选择经过充分分析并具有已知加密攻击抵抗力的成熟KDF算法至关重要。参考可信来源和加密标准进行推荐。
实施迭代加盐：添加随机salt并迭代KDF过程可显著增强派生密钥的安全性，尤其是在基于密码的应用中。Salt是KDF输入中添加的随机值，确保相同输入产生不同输出。多次迭代KDF过程引入计算成本，使暴力攻击更耗时。
示例：bcrypt密码散列函数就是这样一种包含salt和迭代的算法。它有助于防护彩虹表攻击，其中预先计算好的密码哈希表被用来快速匹配存储的哈希。
保持更新：关注加密领域的进展、研究和漏洞。定期更新系统以包含最新的安全补丁和改进。
相关术语
Salt（加密）：一种添加到密钥派生函数输入中的随机值，以防止相同输入产生相同输出。加盐是一种有效的技术，可以防御包括彩虹表攻击在内的多种攻击。
暴力攻击：攻击者用来解码加密数据或密码的尝试并错误的方法。暴力攻击涉及系统地尝试所有可能组合，直到找到正确的组合。
通过理解并实施与密钥派生函数相关的概念和最佳实践，您可以极大地增强加密系统的安全性和完整性，保护敏感信息并防止未经授权的访问。