Argon2

Argon2 — это современный алгоритм хеширования паролей, разработанный для обеспечения высокой безопасности при хранении паролей. Он был создан в 2015 году в рамках конкурса Password Hashing Competition (PHC) и признан его победителем. Argon2 разработан для защиты от различных видов атак, включая атаки с использованием графических процессоров (GPU) и специализированных аппаратных устройств (ASIC), которые часто применяются для взлома паролей методом перебора. Основная цель Argon2 — сделать процесс хеширования максимально ресурсозатратным для злоумышленников, сохраняя при этом приемлемую производительность для легитимных пользователей.

Основные характеристики Argon2

1. Память-зависимость (Memory-Hard): Argon2 требует значительного объема оперативной памяти для выполнения хеширования. Это делает атаки с использованием GPU и ASIC менее эффективными, так как такие устройства обычно ограничены в объеме быстрой памяти. Злоумышленнику придется либо использовать больше памяти (что дорого), либо многократно обращаться к более медленной памяти, что замедляет атаку.
2. Настраиваемые параметры:
   • Объем памяти (memory cost): Определяет, сколько памяти требуется для хеширования. Указывается в килобайтах.
   • Количество итераций (time cost): Определяет, сколько проходов по памяти выполняется, влияя на время выполнения.
   • Степень параллелизма (parallelism): Позволяет использовать несколько потоков для вычислений, что полезно для современных многоядерных процессоров. Эти параметры позволяют настроить алгоритм под конкретные требования безопасности и производительности.
3. Устойчивость к атакам:
   • Атаки грубой силы (brute-force): Высокая вычислительная сложность затрудняет перебор паролей.
   • Атаки с побочными каналами (side-channel attacks): Argon2 минимизирует уязвимости, связанные с утечкой информации через время выполнения или энергопотребление.
   • Атаки с использованием словарей и радужных таблиц: Argon2 использует соль (случайную строку), что делает предварительно вычисленные таблицы неэффективными.
4. Выходной хеш: Argon2 генерирует хеш фиксированной или настраиваемой длины (по умолчанию 32 байта). Хеш включает соль и параметры, что упрощает его хранение и проверку.

Варианты Argon2

Argon2 имеет три основные версии, которые подходят для разных сценариев:

1. Argon2d:
   • Оптимизирован для защиты от атак с использованием GPU.
   • Зависит от данных (data-dependent memory access), что делает его уязвимым для некоторых атак с побочными каналами.
   • Подходит для приложений, где защита от GPU-атак важнее устойчивости к побочным каналам (например, криптовалюты).
2. Argon2i:
   • Оптимизирован для защиты от атак с побочными каналами.
   • Использует независимый от данных доступ к памяти (data-independent memory access), что снижает риск утечки информации.
   • Рекомендуется для большинства приложений, связанных с хешированием паролей, где безопасность имеет приоритет.
3. Argon2id:
   • Гибридный вариант, сочетающий преимущества Argon2d и Argon2i.
   • Первая часть вычислений использует data-dependent доступ (как в Argon2d), а вторая — data-independent (как в Argon2i).
   • Рекомендуется для большинства случаев, так как обеспечивает баланс между защитой от GPU-атак и побочных каналов.

Как работает Argon2?

Argon2 использует комбинацию нескольких криптографических примитивов и сложных операций с памятью. Основные этапы:

1. Инициализация:
   • Входные данные: пароль, соль, параметры (memory cost, time cost, parallelism), желаемая длина хеша.
   • Пароль и соль комбинируются с дополнительными данными (например, версией алгоритма) и хешируются с использованием функции BLAKE2b (быстрая криптографическая хеш-функция).
2. Заполнение памяти:
   • Алгоритм создает большой массив памяти, разделенный на блоки.
   • Блоки заполняются с использованием сжатия данных и псевдослучайного доступа к памяти. Это обеспечивает зависимость от памяти и затрудняет оптимизацию на GPU/ASIC.
3. Итерации:
   • Выполняется заданное количество проходов по массиву памяти.
   • Каждый проход обновляет блоки памяти, используя комбинацию предыдущих данных и псевдослучайных индексов.
4. Финализация:
   • После завершения итераций данные из памяти сжимаются в итоговый хеш с использованием BLAKE2b.
   • Хеш возвращается вместе с солью и параметрами в стандартизированном формате (например, $argon2id$v=19$m=65536,t=3,p=4$...).

Рекомендации по настройке параметров

• Memory cost: Минимум 64 MiB (65536 KiB) для серверных приложений. Для мобильных устройств можно уменьшить до 8-16 MiB.
• Time cost: Настройте так, чтобы хеширование занимало около 0.1-0.5 секунды на целевом сервере.
• Parallelism: Установите равным количеству доступных процессорных ядер (обычно 2-4).
• Соль: Используйте случайную строку длиной не менее 16 байт.
• Длина хеша: По умолчанию 32 байта достаточно для большинства случаев.

Преимущества Argon2

• Высокая устойчивость к атакам благодаря памяти-зависимости.
• Гибкость настройки под разные платформы и требования.
• Простота интеграции благодаря стандартизированному формату вывода.
• Активная поддержка сообществом и регулярные проверки на уязвимости.

Недостатки

• Требует больше ресурсов (памяти и времени) по сравнению с устаревшими алгоритмами, такими как MD5 или SHA-1.
• Сложность настройки параметров для оптимального баланса безопасности и производительности.
• Не поддерживается "из коробки" в некоторых старых системах.

Сравнение с другими алгоритмами

• MD5/SHA-1: Устаревшие, быстрые, но уязвимые к атакам.
• bcrypt: Надежный, но менее устойчив к GPU-атакам из-за меньшей памяти-зависимости.
• scrypt: Память-зависимый, но более сложный в реализации и менее оптимизированный для современных процессоров.
• PBKDF2: Устойчив к атакам, но не память-зависимый, что делает его менее эффективным против GPU.

Итог

Argon2 — это золотой стандарт для хеширования паролей в 2025 году. Его память-зависимая природа, настраиваемые параметры и устойчивость к атакам делают его идеальным выбором для современных приложений. Для большинства случаев рекомендуется использовать Argon2id с достаточным объемом памяти и итераций, чтобы обеспечить безопасность без значительного ущерба производительности. Если вы разрабатываете систему, требующую хранения паролей, Argon2 должен быть вашим первым выбором.