Πρώτο commit

content/articles/28/05_passwd.md

@@ -0,0 +1,198 @@
++++
+title = 'Password encoding in UNIX systems'
+date = '2000-11-01T00:00:00Z'
+description = ''
+author = 'Νίκος Μαυρογιαννόπουλος'
+issue = ['Magaz 28']
+issue_weight = 5
++++
+
+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+
+*Password encoding σε UNIX συστήματα, τι είναι, τι εναλλακτικές λύσεις έχουμε, και άλλες πληροφορίες.*
+
+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
+
+**1. Τι είναι το Password encoding;**
+--------------------------------------------------------------
+
+**2. DES Password Encoding**
+-----------------------------------------------------
+
+**3. MD5 crypt**
+-----------------------------------------
+
+**4. Blowfish crypt (bcrypt)**
+-------------------------------------------------------
+
+**5. Cracking Passwords**
+--------------------------------------------------
+
+**6. Συμπεράσματα και γεγονότα**
+---------------------------------------------------------
+
+**7. Παραπομπές**
+------------------------------------------
+
+
+### [1. Τι είναι το Password encoding;]{#s1}
+
+Τα UNIX συστήματα μιας και είναι πολυχρηστικά, χρειάζονται κάποιο τρόπο για να ξεχωρίζουν τους χρήστες. Ο κάθε χρήστης διαθέτει ένα μοναδικό αριθμό (user id),
+το οποίο αντιστοιχεί σε κάποιο όνομα χρήστη (username). Οι παραπάνω αντιστοιχίες καθορίζονται στο αρχείο \"/etc/passwd\", ονομασμένο έτσι για ιστορικούς λόγους.
+Μια καταχώριση στο αρχείο αυτό θα μπορούσε να είναι:
+
+    nmav:x:500:4:Nikos Mavroyanopoulos:/home/nmav:/bin/bash
+
+\
+Τα πεδία σε αυτό το αρχείο ξεχωρίζουν απο την ανω-κάτω τελεία \':\', ενώ τα πεδία που μας ενδιαφέρουν είναι το 1 που περιέχει το όνομα χρήστη - nmav - καθώς και
+το πεδίο 3 όπου αναφέρεται η ταυτότητα του χρήστη - 500.
+
+Τα περισσότερα UNIX σύστηματα, για να πιστοποιήσουν την ταυτότητα του χρήστη χρησιμοποιούν συνθηματικές λέξεις, ή απλώς συνθηματικά (passwords). Αυτά τα
+συνθηματικά αλλάζουν με την εκτέλεση του \"/usr/bin/passwd\" προγράμματος, το οποίο ανανεώνει τη βάση συνθηματικών του συστήματος. Σε απλά συστήματα αυτή η βάση
+είναι ένα εκτυπώσιμο αρχείο, και στα περισσότερα παλαιά συστήματα αυτό ήταν το ίδιο το \"/etc/passwd\". Στα πιο νέα συστήματα είναι ένα αρχείο αναγνώσιμο μόνο
+απο τον διαχειριστή του συστήματος, και συνήθως είναι το \"/etc/shadow\".
+
+Αντίθετα με αυτό που θα περίμενε κανείς, η βάση συνθηματικών του συστήματος δεν περιέχει τα ίδια τα συνθηματικά. Τα συνθηματικά κωδικοποιούνται μέσω ενός
+αλγορίθμου μίας φοράς ( [1](05_passwd-7.html#1)) και αποθηκεύονται. Με αυτόν τον τρόπο δεν μπορεί ούτε ο διαχειριστής του συστήματος να δει τα συνθηματικά των
+χρηστών (μπορεί όμως να τα αλλάξει). Μιας και τα συνθηματικά δεν υπάρχουν στην βάση ίσως να αναρωτηθήτε πως γίνεται η πιστοποίηση του χρήστη. Αν υποθέσουμε ότι
+ο αλγόριθμος μίας φοράς είναι PW(x), με x να είναι το συνθηματικό, τότε κατά την εισαγωγή του συνθηματικού(x) το σύστημα αρκεί να υπολογίσει πάλι το PW(x) και
+να το συγκρίνει με το αποθηκευμένο στην βάση.
+
+
+### [2. DES Password Encoding]{#s2}
+
+Τα πρώτα UNIX συστήματα κωδικοποιούσαν τα συνθηματικά χρησιμοποιώντας ένα τροποποιημένο DES αλγόριθμο, με τετοιο τρόπο έτσι ώστε να μην μπορεί απο την
+κωδικοποιημενη μορφή να προκύψει το αρχίκο συνθηματικό. Ο μόνος τρόπος για να προκύψει το αρχικό συνθηματικό είναι η δοκιμή όλων των δυνατών συνδιασμών
+συνθηματικών (η διαδικασία αυτή συχνά καλείται brute force attack). Αυτό το είδος επίθεσης, ενώ αρχικά ήταν πρακτικά αδύνατο να εφαρμοστεί, τα τελευταία χρόνια,
+με την πρόοδο των υπολογιστών, μπορεί να εφαρμοστεί χωρίς ιδιαίτερα ακριβό εξοπλισμό. Ενα τυπικό UNIX έχει καταχώρισεις στο \"/etc/shadow\" της μορφής:
+
+    nmav:ZKZ/wHem5Uv:11000:0:99999:7:::
+
+\
+Το δευτερο πεδίο περιέχει μια εκτυπώσιμη μορφή του DES encoded συνθηματικού. Τα δύο πρώτα του ψηφία είναι η εκτυπώσιμη μορφή ενός τυχαίου salt που αποτελείται
+απο 12 bits ( [2](05_passwd-7.html#2)). Χρησιμοποιείται ώστε να διαφοροποιεί την έξοδο του αλγορίθμου, ακόμα και σε ίδια συνθηματικά. Ενα συνθηματικό μπορεί να
+αποθηκευτεί με 212 τρόπους το πολύ.
+
+Ο αλγόριθμος DES (Data Encryption Standard) είναι κρυπτογραφικός αλγόριθμος που λειτουργεί με 64 bit μπλοκ. Ήταν πρότυπο τις δεκαετίες του \'70 και \'80, αλλά
+είναι ξεπερασμένος σήμερα. Ο τρόπος με το οποίο χρησιμοποιείται είναι:
+
+-   εκκίνηση του DES
+-   Μετατροπή του Expansion Permutation συναρτήσει του salt
+-   Κρυπτογράφηση για 25 φορές 8 null bytes χρησιμοποιώντας σαν κλειδί το συνθηματικό του χρήστη
+-   Το τελικό αποτέλεσμα είναι η εκτυπώσιμη μορφή των κρυπτογραφημένων 64 bit μαζί με τα 12 bit του salt.
+
+Ο παραπάνω αλγόριθμος είναι ουσιαστικά αλγόριθμος μιας φοράς, αφού δεν υπάρχει τρόπος αντιστροφής της διαδικασίας και εξαγωγής του συνθηματικού απο την
+κωδικοποιημένη μορφή, χωρίς να δοκιμάσουμε όλους τους δυνατούς συνδυασμούς. Έχει το λιγότερο, την ασφάλεια του DES, αλγόριθμου δοκιμασμένου για αρκετά χρόνια.
+Ένας περιορισμός που έχει είναι ότι τα συνθηματικά περιορίζονται στους 8 χαρακτήρες από τους οποίους χρησιμοποιούνται τα 56 bits (λόγω του μικρού ευρους
+κλειδιών του DES).
+
+Μιας και τα E-boxes του DES είναι σταθερά ανά salt, είναι δυνατό με κάποιο δυνατό υπολογιστή να δοκιμάσουμε όλα τα πιθανά συνθηματικά σε λογικό χρόνο. Ο DES
+όπως είδαμε χρησιμοποιεί μόνο 56 bits για κλειδί οπότε όλοι οι πιθανοί συνδιασμοί που πρέπει να δοκιμάσει κανείς είναι 256, αριθμός οχι υπερβολικά μεγάλoς.
+
+Έτσι ενώ αρχικά τα κωδικοποιημένα συνθηματικά αποθηκεύονταν στο \"/etc/passwd\", αρχείο αναγνώσιμο απο όλους τους χρήστες του συστήματος, τα τελευταία χρόνια
+μεταφέρθηκαν σε ειδικό αρχείο αναγνώσιμο απο τον διαχειριστή μόνο του συστήματος. Αυτό η κίνηση φανέρωσε την αδυναμία του αλγορίθμου κωδικοποίησης να
+προστατέψει αποτελεσματικά τα συνθηματικά των χρηστών.
+
+
+### [3. MD5 crypt]{#s3}
+
+Λύση στο παραπάνω πρόβλημα και στο ότι ο DES είναι κρυπτογραφικός αλγόριθμος και υπήρχε παλαιότερα δυσκολία εξαγωγής του από τις Η.Π.Α, κυρίως για τα μη
+εμπορικά UNIX λειτουργικά, έδωσε ο Paul-Henning Kamp για το FreeBSD λειτουργικό. Σχεδιάσε ένα αλγόριθμο κωδικοποίησης συνθηματικών βασισμένο στον MD5 (
+[3](05_passwd-7.html#3)) hash αλγόριθμο. Ο MD5 είναι απο τον σχεδιασμό του μίας φοράς (one-way), οπότε οι μετατροπές σε αυτόν ήταν μικρές, ενώ προστέθηκε salt
+απο 12 μέχρι 48 bits.
+
+Ο αλγορίθμος αυτός σε γενικές γραμμές κωδικοποιεί το salt και το συνθηματικό, με τον MD5, με αρκετούς διαφορετικούς τρόπους, έτσι ώστε να καθυστερήσει την
+διαδικασία. Ο MD5 αλγόριθμος παράγει ένα 128 bit hash και αφού μετατραπεί σε εκτυπώσιμη μορφή μαζί με το salt αποθηκεύεται στο αρχείο συνθηματικών. Ενα τυπικό
+σύστημα με MD5 κωδικοποιημένα συνθηματικά θα έχει καταχωρίσεις στο /etc/shadow της μορφής:
+
+    nmav:$1$4Wcrq7pj$l8uWovJXI1QBP6MXRrWdt0:11000:0:99999:7:::
+
+\
+Οι χαρακτήρες \'\$1\$\' καθορίζουν τον συγκεκριμένο αλγόριθμο που χρησιμοποιείται (versioning) και μιας και η DES κωδικοποίηση δεν χρησιμοποιεί τον χαρακτήρα
+\'\$\', δεν είναι πρόβλημα για ένα πρόγραμμα να τα διακρίνει. Το salt ξεχωρίζει απο την έξοδο του MD5 με τον χαρακτήρα \'\$\'.
+
+O MD5 δεν έθετε πρακτικούς περιορισμούς στο μέγεθος του συνθηματικού του χρήστη. Είχε όμως το πρόβλημα του DES encoding\... έχει συγκεκριμένη πολυπλοκότητα και
+κάποια στιγμή στο μέλλον θα ήταν εφικτή η brute force attack και σε αυτόν, άρα θα έπρεπε να αντικατασταθεί και πάλι.
+
+
+### [4. Blowfish crypt (bcrypt)]{#s4}
+
+Την λύση σε αυτή την αδυναμία δίνει ένας αλγόριθμος σχεδιασμένος απο τον Niels Provos και τον David Mazieres για το OpenBSD σύστημα. Ο αλγόριθμος αυτός είναι
+βασισμένος στον blowfish ( [4](05_passwd-7.html#4)) αλγόριθμο, με εκθετικά μεταβαλλόμενη πολυπλοκότητα O (2n), και το n καθορίζεται απο τον διαχειριστή του
+συστήματος. Ο τροποποιημένος αλγόριθμος καλείται eksblowfish, ή πιο αναλυτικά Expensive Key Schedule Blowfish.
+
+Η επιλογή του blowfish έγινε λόγω του ότι διαθέτει s-boxes εξαρτώμενα από το κλειδί, και συνεπώς έχει πολύ μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, κατά την εκκίνηση του, από
+τον DES αλγόριθμο. Επιπρόσθετα έχει πολύ μεγαλύτερο εύρος κλειδιών (448 bits), κάτι που δεν θέτει πρακτικούς περιορισμούς στο μέγεθος των συνθηματικών (55
+bytes).
+
+Ο eksblowfish χρησιμοποιεί μια τροποποιημένη μορφή της δημιουργίας των s-boxes του αλγορίθμου, και ένα 128 bits salt. Σε γενικές γραμμές η λειτουργία του
+αλγορίθμου συνοψίζεται στο:
+
+-   Εκκίνηση του Blowfish (δημιουργία των s-boxes)
+-   Από 1 μέχρι 2n τροποποίηση των s-boxes και των sub-keys συναρτήσει του salt και συναρτήσει του κλειδιού
+-   Κρυπτογράφιση 64 φορές, μιας αλυσίδας χαρακτήρων (192 bits) με το κλειδί
+
+Το κωδικοποιημένο string είναι η εκτυπώσιμη μορφή του salt και της εξόδου του αλγορίθμου. Ενα σύστημα με Bcrypt κωδικοποιημένα συνθηματικά θα έχει καταχωρίσεις
+στο /etc/shadow της μορφής:\
+
+    nmav:$2a$05$abcdefghijklmnopqrstuu5s2v8.iXieOjg/.AySBTTZIIVFJeBui:11000:0:99999:7:::
+
+\
+Οπως παρατηρούμε και αυτός ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί τους πρώτους χαρακτήρες (\'\$2a\$\'), του κωδικοποιημένου συνθηματικού για να δείξει την έκδοση του
+αλγορίθμου, ενώ πάλι ο χαρακτήρας \'\$\' χρησιμοποιείται σαν σημείο διαχωρισμού πεδίων. Το πρώτο πεδίο όπως είδαμε περιέχει την έκδοση του αλγορίθμου, το
+δεύτερο το μέγεθος του κόστους(n), ενώ το τρίτο περιέχει το 128 bits salt και το κωδικοποιημένο συνθηματικό.
+
+Μια πρόχειρη υλοποίηση του bcrypt, καθώς και ένα patch για το Linux pam\_unix module, βρίσκεται στο <http://members.hellug.gr/nmav/bcrypt>. Στο
+<http://www.openbsd.org>, μπορούν να βρεθούν περισσότερες πληροφορορίες για τον αλγόριθμο, καθώς και η αρχική υλοποίηση του.
+
+
+### [5. Cracking Passwords]{#s5}
+
+Η αδυναμία του DES encoding, να προσαρμοστεί στον χρόνο και στην συνεχώς αυξανόμενη υπολογιστική δύναμη, προκάλεσε την δημιουργία προγραμμάτων που προσπαθούσαν
+απο την κωδικοποιημένη μορφη να παράξουν το συνθηματικό σε σχετικά μικρό χρόνο. Τα προγράμματα αυτά ονομάστηκαν password crackers, και βασίζοντουσαν στην χαλαρή
+επιλογή συνθηματικών απο τους χρήστες, αλλά καθώς το υλικό βελτιωνώταν, το «σπάσιμο» ενός όχι πολυ σύνθετου συνθηματικού έγινε εφικτό. Αρχικά βασίζονταν κυρίως
+σε κάποιο λεξικό που κρατάει συνθηματικά που επιλέγαν πιο συχνά οι χρήστες (dictionary attack). Πιο τελευταία προγράμματα χρησιμοποιούν αρκετά πιο εξελιγμένες
+τεχνικές.
+
+Μερικά προγράμματα είναι:
+
+-   John the Ripper του \"Solar Designer\"
+-   QCrack του \"Crypt Keeper\"
+-   Crack του Alec Muffett
+
+Μια ενδιαφέρουσα ερευνα για τις cracking εφαρμογές και την αποδοσή τους έγινε από τον Kurt Hockenbury και μπορεί να βρεθεί στο
+<http://attila.stevens-tech.edu/~khockenb/crypt3.html>. Στο κείμενο αυτό παρουσιάζεται η αναποτελεσματικότητα του DES σε συνθηματικά με λιγότερους απο 6
+χαρακτήρες και σε ορισμένες μορφές συνθηματικών με 8 χαρακτήρες, ενώ το hardware που χρησιμοποιήθηκε είναι εύκολα προσβάσιμο απο οποιονδήποτε φοιτητή στο
+πανεπιστήμιο του.
+
+
+### [6. Συμπεράσματα και γεγονότα]{#s6}
+
+Γενικά οι περισσότεροι διανομείς και εταιρίες παραγωγής UNIX χρησιμοποιούν ακόμα την DES κωδικοποίηση, αν και ξεπερασμένη, για λόγους συμβατότητας. Αυτοί οι
+λόγοι συνήθως προκύπτουν όταν διαφορετικά συστήματα διαμοιράζονται αρχεία συνθηματικών πχ. με NIS ή NIS+. Ακόμα χειρότερα, μερικές εταιρίες ακόμη χρησιμοποιούν
+την παλιά μορφή του \"/etc/passwd\", που περιέχει το κωδικοποιημένο συνθηματικό.
+
+Η \'bcrypt\' κωδικοποίηση δεν χρησιμοποιείται, μέχρι σήμερα, σε άλλα λειτουργικά πέρα απο το OpenBSD, κυρίως επειδή χρησιμοποιεί κρυπτογραφικό αλγόριθμο με
+μεγάλο εύρος κλειδιών, οπότε και η εξαγωγή απο τις Η.Π.Α (στις οποίες έχουν την έδρα τους οι περισσότερες επιχειρήσεις) δεν ήταν μέχρι πρόσφατα, νόμιμη.
+Ορισμένα συστήματα, όπως το QNX ( [5](05_passwd-7.html#5)), επέλεξαν διαφορετικούς τρόπους αποθήκευσης των συνθηματικών, αλλά απέτυχαν στον σχεδιασμό των
+αλγορίθμων τους. Περισσότερες πληροφορίες για την συγκεκριμένη αδυναμία του αλγορίθμου θα βρείτε στο <http://www.i-opener-linux.net/decrypt/>.
+
+Βέβαια δεν αρκεί ένας καλός αλγόριθμος κωδικοποίησης για να είναι ασφαλής ένας λογαριασμός. Ο χρήστης έχει σημαντικό ρόλο στην ασφάλεια του λογαριασμού του και
+αυτό γιατί η επιλογή του συνθηματικού ανήκει σε αυτόν. Οσο μεγάλο και να είναι το salt, όσο καλός και να είναι ο αλγόριθμος, αν το συνθηματικό είναι \'12345\'
+είναι ζητημα δευτερολέπτων να βρεθεί. Για την αποφυγή ευκολων συνθηματικών από τους χρήστες η shadow μορφή των συνθηματικών, καθώς και η πιστοποίηση με PAM
+(Plugable Authentication Modules), επιτρέπουν στον διαχειριστή του συστήματος να θέσει μέγιστο χρόνο ζωής ενός συνθηματικού, επιτρεπόμενο χρόνο αλλαγής ενός
+συνθηματικού, λήξη λογαριασμών κλπ, κάτι που επιβάλεται σε ένα σύστημα που προορίζεται για ασφαλές. Επίσης υπάρχει η CrackLib του Alec Muffett, που μπορεί να
+χρησιμοποιηθεί απο το πρόγραμμα αλλαγής συνθηματικών, για να απορρίπτει τα πολύ εύκολα από αυτά.
+
+
+### [7. Παραπομπές]{#s7}
+
+[]{#1} φοράς: Έστω y=A(x). Σε ένα αλγόριθμο μιας φοράς(A) αν γνωρίζουμε το y, είναι δύσκολο να υπολογίσουμε το x.
+
+[]{#2} bits: 8 bit == 1 byte
+
+[]{#3} MD5: Ο MD5 (ή Message Digest 5) είναι Αλγόριθμος που παράγει ένα 128 bits χαρακτηριστικό αριθμό για κάθε μηνύμα. Σχεδιαστηκε απο τον Ron Rivest και
+περιγράφεται στο RFC1321
+
+[]{#4} blowfish: κρυπτογραφικός συμμετρικός αλγόριθμος σχεδιασμένος από τον Bruce Schneier []{#5} QNX: Real-time λειτουργικό σύστημα
+