BCrypt加密算法的使用及原理

系列文章目录

1.SpringBoot整合RabbitMQ并实现消息发送与接收
2. 解析JSON格式参数 & 修改对象的key
3. VUE整合Echarts实现简单的数据可视化
4. List＜HashMap＜String,String＞＞实现自定义字符串排序（key排序、Value排序）
5. 使用JAVA代码实现生成二维码

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前言
一、加密原理及代码
二、原理
三、如何运用
四、为什么要用BCrypt算法进行加密
总结

前言

    在我们开发过程中肯定会对于一些保密数据进行加密存储，加密的方式有很多，例如大家常见的MD5、SHA-256等加密方法。这边我以前使用的是MD5，主要是因为MD5容易被解密。因为MD5在值相同时，加密出的内容都是相同的。这样对于数据很容易就会被破解，怎样能做到相同值在加密后的值不相同呢？
    引入我们今天的主角BCrypt算法，BCrypt算法是一种用于密码散列的加密算法，设计用于安全地处理用户密码。它结合了散列算法和盐的使用，具有较高的安全性和抗破解能力。
    下面带大家了解BCrypt算法具体的使用方法以及一些原理的解析，让大家能够清晰的明白该算法的用途以及解决大家心中的疑惑~

一、加密原理及代码

1.1 原理

相信大家在看这篇文章时也是见过BCrypt算法加密后的字符串样子，但对于里面的内容以及为什么会生成这样的字符串还不太明白，先来看下图：
在这里插入图片描述
上图中就是BCrypt算法生成字符串的结构组成，由四个部分组成：

算法标识符 (2a)：这个前缀表示使用了Bcrypt算法。 $2 a$ 是Bcrypt的一个版本标识符。
代价因子 (10)：代价因子表示算法的复杂度，也就是加密过程中迭代的次数。10表示算法使用2的10次方，即1024轮处理。这决定了计算哈希所需的时间和资源量。
盐（Salt） ：盐是一个16字节（128位）的随机值，用于增加哈希的唯一性和安全性。它经过Base64编码后变成22个字符的字符串。
哈希值 (Hash)：这是经过Bcrypt算法处理后的哈希值。它是24字节（192位）的原始哈希值，经过Base64编码后变成31个字符的字符串。

1.2 代码

下面我们来使用代码生成字符串，因为相同值生成的密文是不同的，所以这里代码也做比较。是具体代码如下：

import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;

public class test {
    // 创建 BCryptPasswordEncoder 实例
    private static final BCryptPasswordEncoder passwordEncoder = new BCryptPasswordEncoder();

    /**
     * 加密密码
     *
     * @param rawPassword 明文密码
     * @return 加密后的密码
     */
    public static String encryptPassword(String rawPassword) {
        return passwordEncoder.encode(rawPassword);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String password = "123456";
        String encryptedPassword = encryptPassword(password);
        String encryptedPassword1 = encryptPassword(password);
        // 比对加密后的密码
        boolean isMatch = passwordEncoder.matches(password, encryptedPassword);
        boolean isMatch1 = passwordEncoder.matches(password, encryptedPassword1);

        System.out.println("Encrypted Password: " + encryptedPassword);
        System.out.println("Encrypted Password1: " + encryptedPassword1);
        System.out.println("Passwords match: " + isMatch);
        System.out.println("Passwords match1: " + isMatch1);
    }
}

注：导入包security权限包，需要引入依赖。

1.3 运行效果

从效果图可以看到，同样是进行原密码：123456的加密，加密的结果是不一样的。但是在通过原密码和加密后的密码对于时，都可以返回true。表名都是123456密码加密的。如下图所示：
在这里插入图片描述
这里大家可能会有2个疑问：

为什么相同参数在加密时会生成不同的密文？
密文都不同了，怎么去和原密码进行的比较能得出结果呢？（即2个不同的密文，都和原文比较得出相同的结果）

二、原理

2.1 密文随机生成

盐的使用：BCrypt 在加密过程中会生成一个独特的盐，并将其与密码进行混合。每次加密时，盐都会不同，因此即使原始密码相同，每次加密生成的加密值也会不同。
加密过程：BCrypt 的加密过程包括盐的生成和散列计算。由于盐是随机的，生成的散列值会有所不同。即使输入相同，但由于每次使用不同的盐，输出也会不同。

上述加密字符串的结构是由四部分组成的，其中包含盐。这里BCrypt自动生成一个随机盐值，盐的目的是防止相同密码生成相同的散列值。也正因为如此，hash值也会发现不一样。所以我们看到的加密字符串的内容是不一样的。

2.2 passwordEncoder.matches 方法比较结果为什么都为true?

注：passwordEncoder.matches 方法在比较密码时并不是直接比较加密后的值，而是执行以下步骤：

提取盐：从加密后的值中提取盐。
重新加密：使用提取出的盐和提供的密码重新计算加密值。
比较：将重新计算的加密值与存储的加密值进行比较。

因为提取的是加密字符串中的盐，所以在传入的原密码使用提取的盐进行加密，得到的密文肯定是和一致的，相同的盐散列值（hash）一样。所以会返回true，

大家在这里应该会比较清楚的知道输出效果图中的含义了。但是我来问大家一个问题：它是怎么提取加密后值中的盐呢？

2.3 如何提取加密后值中的盐

这个其实第一张图认识字符串的组成结构时介绍了生成的规则。那么生成的规则也将是用来提取盐的重要部分：

首先底层会将加密的值进行拆分成四部分。
获取到盐的22个字符的字符串
因为这个字符串是BASE64加密后的，我们解码后也可以拿到一个16字节（128位）的随机值。

2.4 提取盐之后，如何进行的比较

使用提取出的盐和原密码生成新的哈希值。此时原密码是必须的，因为新的哈希值是基于原密码和盐计算出来的。
将生成的哈希值与存储的哈希值进行比较。这一步确保了输入密码的正确性。

注：这里是重点，matches 方法比较原密码和加密是否一直时，是通过哈希值（也就是散列值）进行的比较。因为算法标识符 (2a)、代价因子（10）是固定的，盐的话也是通过密文去生成的，所以肯定一致。可能出现不一样的地方只有哈希值（因为哈希值的生成是通过提取出的盐和原密码生成的）

三、如何运用

大家到这里应该对BCrypt算法有了一定的理解，但光了解原理是不够的。先说一下场景：我们以常见的密码存储为例：
数据库中的密码存储是相关重要的，都会使用加密算法实现。所以这里我们也可以运用BCrypt算法。

首先用户表密码字段需存入BCrypt算法加密的密文（这里在用户注册时，可通过下述代码生成密文）。

public static String encryptPassword(String rawPassword) {
        return passwordEncoder.encode(rawPassword);
    }

在用户登录时，通过用户名查询表，获取对应的实体。然后拿到实体中的密码作为matches(password, encryptedPassword);方法中的encryptedPassword参数，password就是用户输入的参数值。
调用matches方法查看返回值，如果返回true，则用户名和密码正确。否则返回“用户名或密码错误”。

这里简写一个实现代码，来体现步骤二、三。具体如下所示：

@PostMapping("/login")
    public R<User> login( @RequestBody User user){
      
        //1.将页面提交的密码
        String password=user.getPassword();

        //2.根据页面提交的用户名username查询数据库
        LambdaQueryWrapper<User> queryWrapper=new LambdaQueryWrapper<>();
        queryWrapper.eq(User::getUsername,user.getUsername());
        User selectuser = userService.getOne(queryWrapper);
        // 比对加密后的密码
        boolean isMatch = passwordEncoder.matches(password, selectuser.getPassword());
        if(!isMatch){
            return R.error("用户名或密码不正确");
        }
        
        //封装token
        Map<String,Object> map=new HashMap<>();
//        map.put("token",token);

        return R.success(newUser,map);
    }

当然，这只是一个常规的场景需要用到对数据的加密。正常情况下对于表中的关键数据大多数都应该进行加密处理，例如用户的身份证号等重要信息值。这样即使是数据库数据泄露，也不会造成太大的影响，加密的数据很安全。

四、为什么要用BCrypt算法进行加密

Bcrypt算法是一个密码哈希算法，它的好处有很多，专门设计用于保护密码存储，其主要优点包括：

抗暴力破解：Bcrypt使用自适应的计算复杂度（代价因子），使得随着计算能力的提升，算法仍然能够保持其破解难度。这种自适应性增加了暴力破解的难度。
内置盐：Bcrypt自动生成盐，并将其与哈希值一起存储。盐的使用防止了相同密码的哈希值重复，增强了安全性。
抗彩虹表攻击：由于每个密码都包含独特的盐，即使两个用户使用相同的密码，哈希值也会不同。这使得预计算的彩虹表攻击变得不切实际。
自适应性：代价因子（工作因子）可以调整，允许增加计算复杂度以抵御不断提高的计算能力。这使得Bcrypt能够应对未来的硬件进步。
稳定性和可靠性：Bcrypt算法经过广泛使用和测试，被认为是一个成熟、可靠的密码哈希算法。
防止硬件加速攻击：Bcrypt的设计旨在避免硬件加速攻击（例如GPU、FPGA等），因为它需要大量的计算资源，而不是简单的并行处理。

总结

    相信大家通读完全文后也对于BCrypt算法有了一定的理解。希望大家在日后的学习或者工作中能够运用到，对于数据的安全性是有很大帮助的。
    我在自己学习时也是遇到了很多的问题，本想着加密算法，没打算写文章的。但是在网上搜索时发现了很多文章介绍的不够全面，有些细节点在读完之后还是很疑惑。导致我在学习的过程中耗费了不少的时间成本。为了让大家的学习成本降低，所以写了这篇文章。希望大家能够通过这篇文章去理解和会去使用BCrypt加密算法~
    如果有什么问题都可以留言或者私信我哦~ 也希望大家有更多见解的朋友能够下方留言，让更多的人对BCrypt算法的知识点体会更加深刻~