Password-based key derivation function 2 (PBKDF2)

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Password-based Key Derivation Function 2 (PBKDF2)

Password-based Key Derivation Function 2 (PBKDF2) è una funzione di derivazione di chiavi (Funzioni di derivazione di chiavi) che applica una funzione pseudo-casuale, come Hash-based Message Authentication Code (HMAC), ripetutamente ad una password o frase di passaggio insieme ad un sale casuale. È stata progettata per affrontare i deboli punti delle precedenti funzioni di derivazione di chiavi, in particolare la vulnerabilità agli attacchi di forza bruta e agli attacchi a dizionario. Questo articolo fornisce una spiegazione approfondita di PBKDF2, includendo la sua storia, i suoi componenti, il suo funzionamento, le sue applicazioni, i suoi punti di forza e di debolezza, e le alternative moderne.

Storia e Motivazioni

Prima di PBKDF2, le password venivano spesso hashate direttamente utilizzando funzioni di hash come MD5 o SHA-1. Queste funzioni erano veloci da calcolare, ma anche vulnerabili agli attacchi di forza bruta, soprattutto con l'aumentare della potenza di calcolo. Un attaccante poteva provare un gran numero di password velocemente, specialmente se le password erano deboli o comuni.

Le prime soluzioni, come l'aggiunta di un "sale" (un valore casuale univoco per ogni password) all'hash, migliorarono la sicurezza, rendendo inutilizzabili le tabelle pre-calcolate di hash (Rainbow table ). Tuttavia, queste modifiche non erano sufficienti. Un attaccante poteva ancora provare un gran numero di password per ogni sale.

PBKDF2 è stata sviluppata per risolvere questi problemi introducendo il concetto di "costo computazionale". Applicando ripetutamente una funzione di hash, PBKDF2 rallenta intenzionalmente il processo di derivazione della chiave, rendendo gli attacchi di forza bruta significativamente più costosi e quindi meno pratici. È stata standardizzata nel 2009 come RFC 6070.

Componenti di PBKDF2

PBKDF2 prende in input quattro elementi principali:

Password (o frase di passaggio): La stringa segreta fornita dall'utente.
Sale (Salt): Una stringa casuale di byte univoca per ogni password. Il sale è essenziale per prevenire gli attacchi precomputati. La lunghezza raccomandata del sale è di almeno 16 byte.
Iterazioni (Iterations): Il numero di volte in cui la funzione di hash viene applicata. Un numero maggiore di iterazioni aumenta il costo computazionale, rendendo più difficile per un attaccante forzare la password. Questo è il parametro più importante per la sicurezza.
Lunghezza della chiave desiderata (Desired key length): La lunghezza in byte della chiave derivata. Questo dipende dall'algoritmo di crittografia o dal protocollo che utilizzerà la chiave.

Come Funziona PBKDF2

Il processo di PBKDF2 può essere riassunto nei seguenti passaggi:

1. Concatenazione: La password e il sale vengono concatenati. 2. HMAC: La concatenazione viene utilizzata come input per una funzione HMAC, utilizzando una funzione di hash sottostante (come SHA-256 o SHA-512). 3. Iterazione: Il risultato dell'HMAC viene utilizzato come input per un'altra iterazione dell'HMAC. Questo processo viene ripetuto per il numero di iterazioni specificato. 4. Derivazione della chiave: Dopo il numero specificato di iterazioni, i risultati vengono elaborati per produrre la chiave derivata della lunghezza desiderata. Se la lunghezza richiesta è maggiore del risultato totale, l'HMAC viene ripetuto fino a raggiungere la lunghezza desiderata.

La formula generale può essere rappresentata come segue:

DK = F(P, S, I, L)

Dove:

DK è la chiave derivata.
F è la funzione PBKDF2.
P è la password.
S è il sale.
I è il numero di iterazioni.
L è la lunghezza della chiave desiderata.

Esempio Semplificato

Supponiamo di avere:

Password: "password123"
Sale: "abcdef0123456789"
Iterazioni: 1000
Lunghezza della chiave desiderata: 32 byte

PBKDF2 concatenerebbe "password123" e "abcdef0123456789", quindi applicherebbe l'HMAC (ad esempio, con SHA-256) ripetutamente per 1000 iterazioni. Il risultato finale sarebbe una stringa di 32 byte che rappresenta la chiave derivata.

Esempio di parametri PBKDF2
Parametro	Valore
Password	"password123"
Sale	"abcdef0123456789"
Iterazioni	1000
Lunghezza della chiave	32 byte

Applicazioni di PBKDF2

PBKDF2 è ampiamente utilizzato in una varietà di applicazioni di sicurezza, tra cui:

Archiviazione delle password: È lo standard de facto per l'archiviazione sicura delle password in database, proteggendo le password dagli attacchi offline.
Crittografia delle chiavi: PBKDF2 può essere utilizzato per derivare chiavi di crittografia da una password o frase di passaggio.
Generazione di chiavi per protocolli di sicurezza: Viene impiegato in protocolli come TLS/SSL e IPsec per derivare chiavi di sessione.
Sistemi di autenticazione: Utilizzato in sistemi di autenticazione per proteggere le credenziali degli utenti.
Wallet di criptovalute: Per proteggere le chiavi private associate ai wallet. Questo è particolarmente importante per la sicurezza dei futures crittografici e di altri derivati.

Punti di Forza di PBKDF2

Resistenza agli attacchi di forza bruta: Il costo computazionale elevato (tramite il numero di iterazioni) rende gli attacchi di forza bruta molto più difficili e costosi.
Resistenza agli attacchi a dizionario: Anche se la password è una parola comune, il costo computazionale rende più difficile l'utilizzo di attacchi a dizionario.
Protezione contro le rainbow table: L'uso del sale impedisce l'utilizzo di rainbow table precomputate.
Standardizzazione: È uno standard ben definito e ampiamente supportato.
Flessibilità: Permette di regolare il costo computazionale in base alle risorse disponibili e al livello di sicurezza desiderato.

Debolezze di PBKDF2

Vulnerabilità agli attacchi side-channel: Implementazioni non corrette possono essere vulnerabili agli attacchi side-channel, come gli attacchi temporali, che possono rivelare informazioni sulla password.
Richiede tempo di calcolo: Il processo di derivazione della chiave può richiedere tempo, soprattutto con un numero elevato di iterazioni. Questo può essere un problema in applicazioni sensibili al tempo.
Non resistente agli attacchi GPU/ASIC: Gli attaccanti possono utilizzare hardware specializzato, come GPU e ASIC, per accelerare gli attacchi di forza bruta.
Dipendenza dalla scelta del sale: Un sale non sufficientemente casuale o riutilizzato può compromettere la sicurezza.
Non ottimizzato per password lunghe: PBKDF2 è più efficiente con password più corte. Per password molto lunghe, altre funzioni potrebbero essere più appropriate.

Migliori Pratiche e Raccomandazioni

Utilizzare un sale univoco per ogni password: Il sale deve essere generato in modo casuale e avere una lunghezza di almeno 16 byte.
Scegliere un numero elevato di iterazioni: Il numero di iterazioni deve essere sufficientemente alto da rendere un attacco di forza bruta impraticabile. Attualmente, si raccomandano almeno 100.000 iterazioni, e spesso anche di più, a seconda della potenza di calcolo disponibile. Valutare regolarmente l'aumento del numero di iterazioni in base all'evoluzione della potenza di calcolo.
Utilizzare una funzione di hash forte: Preferire SHA-256 o SHA-512 rispetto a funzioni di hash più vecchie e deboli come MD5 o SHA-1.
Implementare protezioni contro gli attacchi side-channel: Utilizzare librerie crittografiche che implementano protezioni contro gli attacchi side-channel.
Controllare la lunghezza della chiave derivata: Assicurarsi che la lunghezza della chiave derivata sia adeguata all'algoritmo di crittografia o al protocollo che la utilizzerà.
Aggiornare regolarmente le librerie crittografiche: Per beneficiare delle ultime correzioni di sicurezza e miglioramenti delle prestazioni.

Alternative Moderne a PBKDF2

Sebbene PBKDF2 sia ancora ampiamente utilizzato, sono state sviluppate alternative più moderne che offrono prestazioni e sicurezza migliorate:

bcrypt: Una funzione di hash di password adattiva progettata per essere deliberatamente lenta, rendendo gli attacchi di forza bruta più difficili. È considerata una delle opzioni più sicure per l'archiviazione delle password.
scrypt: Simile a bcrypt, ma richiede anche una quantità significativa di memoria, rendendo più costosi gli attacchi hardware specializzati.
Argon2: Un vincitore del Password Hashing Competition, progettato per essere resistente a una vasta gamma di attacchi, inclusi gli attacchi GPU e ASIC. Offre diverse varianti ottimizzate per diversi scenari.
Argon2id: Una variante di Argon2 che combina i vantaggi di Argon2i e Argon2d, offrendo una buona resistenza agli attacchi sia side-channel che agli attacchi basati su hardware.

Queste alternative sono generalmente preferibili a PBKDF2 per le nuove implementazioni, soprattutto in ambienti in cui la sicurezza è fondamentale.

PBKDF2 e Futures Crittografici

Nel contesto dei futures crittografici e del trading di criptovalute, la sicurezza delle chiavi private è di massima importanza. PBKDF2 può essere utilizzato per derivare le chiavi private da una password o frase di passaggio, fornendo un livello aggiuntivo di sicurezza. Tuttavia, è fondamentale utilizzare un numero elevato di iterazioni e un sale robusto per proteggere le chiavi dagli attacchi. L'adozione di alternative più moderne come Argon2id è fortemente raccomandata per i nuovi sistemi, data la crescente potenza di calcolo disponibile per gli attaccanti. Comprendere le vulnerabilità di PBKDF2 e l'importanza di una corretta implementazione è cruciale per proteggere i propri investimenti in criptovalute e strategie di trading. Considerare anche l'utilizzo di cold storage per le chiavi private, riducendo ulteriormente il rischio di attacchi online. L'analisi del volume di trading e le analisi tecnica non possono proteggere le chiavi private compromesse; la sicurezza delle chiavi è fondamentale. La corretta gestione delle chiavi è un elemento chiave del risk management nel trading di criptovalute. La scelta di una funzione di derivazione di chiavi sicura è una componente fondamentale della sicurezza informatica per gli utenti di piattaforme di exchange di criptovalute e la gestione dei portafogli digitali.

Collegamenti Utili

- Motivazioni:** PBKDF2 è una funzione specifica utilizzata per derivare chiavi basandosi su password, rendendo questa la categoria più appropriata per organizzare le informazioni in un sistema simile a MediaWiki.

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