Go语言中Scrypt与HMAC组合使用的参数顺序陷阱-Golang-PHP中文网

Go语言中Scrypt与HMAC组合使用的参数顺序陷阱

DDD

发布： 2025-10-10 13:17:24

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Go语言中Scrypt与HMAC组合使用的参数顺序陷阱

本文探讨了Go语言中构建密码认证库时，由于scrypt和hmac组合使用时参数顺序不一致导致的问题。通过分析一个具体的案例，揭示了在Check和New函数调用底层hash函数时，HMAC密钥和密码参数被意外调换，从而引发哈希校验失败。文章提供了解决方案，并强调了在编写加密相关代码时，严格遵循参数约定、利用类型系统提升安全性以及全面进行单元测试的重要性。

引言

在构建安全的密码认证系统时，通常会结合使用多种加密原语，例如密钥派生函数（如scrypt）和消息认证码（如hmac）。scrypt用于将用户密码和随机盐值安全地转换为一个较长的密钥，以抵抗暴力破解和彩虹表攻击；而hmac则使用一个密钥对scrypt生成的密钥进行签名，以确保数据的完整性和认证性。然而，即使是经验丰富的开发者，也可能在参数传递的细节上犯错，导致看似正确的代码在运行时出现难以预料的问题。

问题描述

一个Go语言实现的密码认证库，包含Check()和New()两个核心函数。New()函数负责生成新的盐值和对应的哈希，而Check()函数则用于验证给定的密码、盐值和哈希是否匹配。这两个函数都依赖于一个辅助函数hash()，该函数内部首先使用Scrypt对密码和盐进行处理，然后用HMAC对Scrypt的输出进行再次哈希。

开发人员发现，Check()函数能够正确验证由旧版本代码生成的数据，但对于由当前版本New()函数生成的数据，Check()函数却总是验证失败。这表明New()函数生成的哈希与Check()函数期望的哈希不一致，尽管它们都使用了相同的底层hash()逻辑。

以下是原始代码片段，用于演示问题：

package main

import (
    "code.google.com/p/go.crypto/scrypt"
    "crypto/hmac"
    "crypto/rand"
    "crypto/sha256"
    "crypto/subtle"
    "errors"
    "fmt"
    "io"
)

// Constants for scrypt. See code.google.com/p/go.crypto/scrypt
const (
    KEYLENGTH = 32
    N         = 16384
    R         = 8
    P         = 1
)

// hash takes an HMAC key, a password and a salt (as byte slices)
// scrypt transforms the password and salt, and then HMAC transforms the result.
// Returns the resulting 256 bit hash.
func hash(hmk, pw, s []byte) (h []byte, err error) {
    sch, err := scrypt.Key(pw, s, N, R, P, KEYLENGTH)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    hmh := hmac.New(sha256.New, hmk)
    hmh.Write(sch)
    h = hmh.Sum(nil)
    hmh.Reset() // Probably not necessary
    return h, nil
}

// Check takes an HMAC key, a hash to check, a password and a salt (as byte slices)
// Calls hash().
// Compares the resulting 256 bit hash against the check hash and returns a boolean.
func Check(hmk, h, pw, s []byte) (chk bool, err error) {
    // Print the input hash
    fmt.Printf("Hash: %x\nHMAC: %x\nSalt: %x\nPass: %x\n", h, hmk, s, []byte(pw))
    hchk, err := hash(hmk, pw, s)
    if err != nil {
        return false, err
    }
    // Print the hash to compare against
    fmt.Printf("Hchk: %x\n", hchk)
    if subtle.ConstantTimeCompare(h, hchk) != 1 {
        return false, errors.New("Error: Hash verification failed")
    }
    return true, nil
}

// New takes an HMAC key and a password (as byte slices)
// Generates a new salt using "crypto/rand"
// Calls hash().
// Returns the resulting 256 bit hash and salt.
func New(hmk, pw []byte) (h, s []byte, err error) {
    s = make([]byte, KEYLENGTH)
    _, err = io.ReadFull(rand.Reader, s)
    if err != nil {
        return nil, nil, err
    }
    h, err = hash(pw, hmk, s) // <-- 潜在问题点
    if err != nil {
        return nil, nil, err
    }
    fmt.Printf("Hash: %x\nSalt: %x\nPass: %x\n", h, s, []byte(pw))
    return h, s, nil
}

func main() {
    // ... (main函数中的测试代码，略) ...
}

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根源分析

通过仔细比对Check()和New()函数中对hash()辅助函数的调用，可以发现问题所在：

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hash()函数定义： func hash(hmk, pw, s []byte)，期望的参数顺序是 HMAC密钥、密码、盐值。
Check()函数中的调用： hchk, err := hash(hmk, pw, s)。这里的参数顺序与hash()函数的定义一致，即 hmac密钥、密码、盐值。
New()函数中的调用： h, err = hash(pw, hmk, s)。这里将pw（密码）和hmk（HMAC密钥）的顺序调换了！ 实际传入的参数顺序变成了密码、HMAC密钥、盐值。

HMAC（Keyed-Hashing for Message Authentication Code）的安全性严重依赖于其密钥。如果HMAC的密钥被错误地替换为密码，那么即使其他输入（Scrypt生成的密钥和盐值）相同，最终生成的HMAC哈希也会完全不同。这就是导致Check()函数无法验证New()函数生成的数据的根本原因。

解决方案

解决此问题非常直接，只需修正New()函数中对hash()的调用，使其参数顺序与hash()函数的定义保持一致。

将New()函数中的：

h, err = hash(pw, hmk, s)

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修改为：

h, err = hash(hmk, pw, s)

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修正后的New()函数如下：

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// New takes an HMAC key and a password (as byte slices)
// Generates a new salt using "crypto/rand"
// Calls hash().
// Returns the resulting 256 bit hash and salt.
func New(hmk, pw []byte) (h, s []byte, err error) {
    s = make([]byte, KEYLENGTH)
    _, err = io.ReadFull(rand.Reader, s)
    if err != nil {
        return nil, nil, err
    }
    // 修正：确保参数顺序与hash函数定义一致
    h, err = hash(hmk, pw, s) 
    if err != nil {
        return nil, nil, err
    }
    fmt.Printf("Hash: %x\nSalt: %x\nPass: %x\n", h, s, []byte(pw))
    return h, s, nil
}

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经过此修改后，New()函数将生成与Check()函数预期格式一致的哈希值，从而使验证成功。

最佳实践与注意事项

严格遵循参数约定： 当函数接收多个相同类型（如[]byte）的参数时，尤其是在加密或安全相关的代码中，必须极其小心地确保参数顺序的正确性。一个小小的顺序错误可能导致灾难性的安全漏洞或功能故障。
利用类型系统增强安全性： 尽管Go语言的[]byte类型非常灵活，但在处理不同语义的数据时，可以考虑使用自定义类型来提高代码的可读性和类型安全性。例如：
```
type HMACKey []byte
type Password []byte
type Salt []byte

func hash(hmk HMACKey, pw Password, s Salt) (h []byte, err error) {
    // ...
}
```
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这样，编译器就能在编译时捕获将Password类型值传递给HMACKey参数的错误，尽管对于基础类型转换仍需谨慎。
编写全面的单元测试： 这个问题最初是在编写单元测试时被发现的，这再次印证了单元测试的重要性。对于加密相关的代码，不仅要测试其功能正确性，还要测试各种边界条件和异常情况，确保其行为符合预期。特别是对于New()和Check()这样的配对函数，务必编写测试用例来验证New()生成的输出能够被Check()成功验证。
版本控制： 像原始问题中提到的，使用版本控制系统（如Git）是开发过程中不可或缺的一环。它允许开发者跟踪代码变更历史，回溯到旧版本，并更容易地发现引入问题的具体提交。
代码审查： 引入同行代码审查机制可以帮助发现这类细微但关键的错误。多个视角审视代码，能有效提高代码质量和安全性。

总结

本教程通过一个具体的Go语言加密实现案例，强调了在处理加密原语时，参数顺序的严格性和重要性。一个看似微小的参数调换错误，就可能导致整个认证系统失效。通过修正参数传递顺序，并结合利用Go语言的类型系统、编写全面的单元测试、实施版本控制和代码审查等最佳实践，可以显著提高加密相关代码的健壮性和安全性。在开发过程中，对细节的极致关注是构建可靠安全系统的基石。

以上就是Go语言中Scrypt与HMAC组合使用的参数顺序陷阱的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！