巨量演算碰撞達成！Google 攻破 SHA-1 加密技術
責編：mhshi ｜2017-02-27 09:42:52Google 的研究人員剛剛創造了電腦加密學在 2017 年的第一個里程碑：攻破了 SHA-1 安全加密演算法。
實驗的關鍵研究者是來自荷蘭 CWI 研究機構的馬克·史蒂文斯（Marc Stevens），他在安全雜湊演算法發布過大量優秀的研究成果。他從 2013 年起展現出攻克 SHA-1 的決心，之后陸續發布了一系列新成果和改進方法。透過和 Google 合作，他獲得了本次攻破的關鍵資源：強大的計算能力。
這件事相當重要，令人激動。原因還要從 SHA-1 到底是什么說起。
SHA-1 是什么？
SHA-1（全稱 Secure Hash Algorithm-1，安全雜湊演算法 ）是一種安全加密演算法，最主要的用途是數碼簽名。
舉個例子：你肯定在電腦上下載過軟件吧？是否記得，檔案的上傳者會提醒你，下載后要校驗檔案？有沒有見過類似下圖的文字？
這是因為，使用 SHA-1、MD5 這樣的安全雜湊演算法，對文字檔案、表格、音樂 mp3、PDF、執行檔或其他任何檔案等進行計算，城市得出像上圖這樣的欄位（SHA-1 值）。過去只要檔案不同，對應的 SHA-1 值都不一樣，就像給每個檔案都加上數碼簽名。
而 SHA-1 值應該是 40 個英／數字：比如上圖對應的 SHA-1 值是：
1E2FF30C5FD327C438F76C3ACBE97AAFB9AEDF7E
對下載者來說，原檔案的 SHA-1 值很重要：當你下載一個軟件，用檔案校驗工具檢視它的 SHA-1 / MD5 值，如果和原檔案不一樣，你就得小心了，因為檔案顯然修改過了，里面可能有病毒或其他惡意程序碼。
▲ 檔案 SHA-1 值校驗實例。
SHA-1 和 MD5 是世界上最常用的檔案校驗加密演算法，過去一直認為是比較安全可靠的演算法──直到今天。
Google 和 CWI 一起研究出一種方法，能讓兩個不同的檔案用 SHA-1 演算后，得出完全一致的 SHA-1 值。
怎樣攻破的？
這次攻破被命名為 SHAttered attack。研究者提供兩張內容截然不同、色彩明顯差異，但 SHA-1 值卻完全相同的 PDF 檔案為證明：
在博客中，研究者寫道：
哈希碰撞（hash collision，即兩個不同檔案 SHA-1 值一致，也有譯做哈希沖突）本來不應該發生。但實際上，當 SHA-1 演算法存在漏洞時，一個有足夠實力的攻擊者能制造出碰撞，進而攻擊者可用來攻擊那些依靠 SHA-1 值校驗檔案的系統，植入錯誤的檔案造成惡果。舉個例子，兩份條款完全不同的保單。
本次 Google 對其進行攻破花費巨額的演算法：總計 9,223,372,036,854,775,808──超過9×10^18 次演算。
破解分為兩階段，分別需要一個 CPU 進行 6,500 年，和一個 GPU 進行 110 年的計算才可完成。這是因為研究者采用自行研發的 Shattered 破解方法，其效率遠勝于暴力破解。且 Google 云端平臺提供的大規模計算技術，明顯減輕了負擔。
這也是為什么必須“有足夠實力的攻擊者”才能攻破……
需要恐慌嗎？
2012 年安全技術專家布魯斯·施奈爾曾經估計，完成一次 SHA-1 碰撞在 2012 年需要耗費 277 萬美元，到 2015 年則降到 70 萬美元，2021 年只需要 4.3 萬美元。他還暗示，到 2018 年就會有犯罪集團具備虛擬 SHA-1 簽名證書的能力。
但至少目前，人們并不需要恐慌。首先就事件本身而言，普通網友不需要擔心有人會用它做壞事，因為 Google 漏洞披露政策規定，本次 SHAttered attack 的研究者需要等待 90 天才能發布原始程序碼。就算掌握了程序碼，至少也得有 Google 這種水準的大規模演算能力……
另外，研究者上線了一個網站 shattered.io，網友可以上去了解更多技術細節，還可以上傳自己的檔案，測試自己的檔案是否安全。
做為一種老舊的加密演算法，SHA-1 漸漸被后來者如 SHA-2 和 SHA-3 新演算法，以及各種變體取代。三大瀏覽器 Chrome、微軟 Edge / IE 和火狐瀏覽器都決定棄用 SHA-1。
Google 早在 2014 年就未雨綢繆，發布逐步放棄 SHA-1 的決定。去年開始，Google 的 Chrome 瀏覽器已經不再支持 SHA-1 證書，會將其記號為不安全。當證書過期后，瀏覽器將無法存取這些網站。Google 方面也建議 IT 人士采用 SHA-256 等更安全的算法。所以今天的實驗結果宣布，也算是給 SHA-1 補上遲來的一刀。
微軟 Edge 瀏覽器團隊之前在博客中表示，將于 2017 年中棄用 SHA-1。但據《福布斯》網絡版報導，另一位安全專家凱文·貝爾蒙特在 Twitter 上指出，棄用 SHA-1 的 Windows 安全更新本應該在 2 月早些時候推送，但仍處于延期狀態。
去年 10 月，火狐瀏覽器的開發商 Mozilla 也宣布了同樣的決定。
一張圖看懂 SHAttered attack（Google 官方制作）
