Bcrypt

Bcrypt, Niels Provos ve David Mazières tarafından Blowfish şifreleme yöntemi esas alınarak geliştirilmiş ve ilk kez USENIXte, 1999 yılında sunulmuş bir parola özet fonksiyonudur. Rainbow table saldırılarına karşı salt kullanmasının yanı sıra adaptif bir fonksiyon olma özelliğine sahiptir. İterasyon sayacı arttırılarak yavaşlatılabilir ve bu sayede kaba kuvvet saldırılarına karşı dirençli kalabilmektedir.
Bcrypt fonksiyonu OpenBSDnin varsayılan parola özetleme algoritmasıdır ve SUSE Linux gibi bazı Linux dağıtımlarında da kullanılmaktadır.
Ayrıca, bcryptin C, C++, C#, Elixir, Go, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python ve Ruby gibi dillerde de uygulamaları mevcuttur.
ArkaPlan
Blowfish, blok şifreleme yöntemleri arasında yavaş anahtar hazırlama evresiyle bilinmektedir. Standart durumda alt anahtarlarla başlar, bu durumdaki alt anahtarların bir bölümünde blok şifreleme yapar ve oluşan şifreleri bazı alt anahtarlarla değiştirir. Daha sonra modifiye edilmiş yeni durumda anahtarın bir başka bölümünü şifreler ve oluşan sonucu başka alt anahtarlarla değiştirmede kullanır. Bu şekilde, tüm alt anahtarlar belirlenene dek devam eder.
Provos ve Mazières bu yöntemden yararlanmış ve onu daha da ileriye götürmüştür. Blowfish için yeni bir anahtar oluşturma algoritması geliştirip Eksblowfish (maliyetli anahtar planlama Blowfish) olarak adlandırmışlardır. Anahtar hazırlama aşaması, Blowfish gibi tüm alt anahtarları belirlemede salt ve parola kullanılarak başlar. Ardından standart Blowfish anahtar oluşturma evreleri bunu takip eder ve bu evrelerde bir önceki evredeki alt anahtardan başlanarak, anahtar olarak sırayla salt ve parola kullanılarak devam edilir. Teoride bu standart Blowfish anahtar oluşturma takviminden pek de farklılık gösteriyor değildir. Fakat, bu süreç yeniden anahtar oluşturma evrelerinin ayarlanabilir olması sayesinde istenen ölçüde yavaşlatılabilir. Bu sayede salt veya özete yönelik yapılan kaba kuvvet saldırıları engellenebilir.
Açıklama
Gölge parola dosyasında bulunan bir özet stringdeki "$2a$" veya "$2b$" (veya "$2y$") ön ekleri özet stringin modüler şifre formatındaki bir bcrpyt özeti olduğunu belirtir. Özetin geri kalanı ise maliyet parametresi, 128-bit salt (Radix-64 ile şifrelenmiş 22 karakter) ve 184 bit sonuç özet değeri (Radix-64 ile şifrelenmiş 31 karakter) içerir. Radix-64 unix/crypt alfabesi kullanır ve standart Base-64 değildir. Maliyet parametresi anahtar ilerleme iterasyon sayacı değerini belirtir. 2nin katları olarak gösterilir ve şifreleme algoritmasının bir girdisidir.
Örneğin gölge parola kaydı $2a$10$N9qo8uLOickgx2ZMRZoMyeIjZAgcfl7p92ldGxad68LJZdL17lhWy maliyet parametresinin 10, yani 210 anahtar ilerleme evresi olduğunu gösterir. Salt ise N9qo8uLOickgx2ZMRZoMye'dir ve sonuç özet değeri ise IjZAgcfl7p92ldGxad68LJZdL17lhWy'dir. Kullanıcının parolası ise standart uygulamada kaydedilmez.
Sürüm geçmişi
$ 2 $ (1999)
Orijinal Bcrypt tanımlarına göre ön ek olarak $2$ kullanılır. Bu tanımlara göre OpenBSD şifre dosyalarında parolaların kaydedilmesinde Modular CryptFormat takip edilir.
$1$ : MD5 tabanlı şifreleme ('md5crypt')
$2$ : Balon balığı tabanlı şifreleme ('bcrypt')
$sha1$ : SHA-1 tabanlı şifreleme ('sha1crypt')
$5$ : SHA-256 tabanlı şifreleme ('sha256crypt')
$6$ : SHA-512 tabanlı şifreleme ('sha512crypt')
$ 2a $
Orijinal tanımlarda non-ASCII karakterlerin veya sıfır sonlayıcıların nasıl değerlendirileceği belirtilmemiştir. Tanımlar aşağıdaki yönergeler dahil edilecek şekilde revize edilmiştir:
String UTF-8'e göre kodlanmış olmalıdır
null terminator dahil edilmelidir
Bu değişikliklerle birlikte versiyon $2a$ olarak değiştirilmiştir
$ 2x $, $ 2y $ (Haziran 2011)
Haziran 2011de BCryptin bir PHP uygulaması olan crypt_blowfishte bir hata keşfedildi. Bu, 8. bit setindeki karakterlerin yanlış değerlendirilmesiyle alakalı bir hataydı. Sistem yöneticilerinin ellerindeki mevcut parola veri tabanlarını $2a$ 'dan $2x$'e geçerek güncellemeleri önerildi. Aynı zamanda crypt_blowfishin sabit algoritmalarla üretilen özetler için $2y$'yi yayınlaması fikri de ortaya atıldı.
Kanonik OpenBSD de dahil olmak üzere kimse 2x/2y fikrini benimsemedi. Bu versiyon yalnızca crypt_blowfish ile sınırlı kaldı.
$ 2b $ (Şubat 2014)
Bcryptin OpenBSD uygulamasında bir hata tespit edildi. String uzunlukları unsigned char (i. e. 8 bit Byte) olarak tutuluyordu. Eğer parola 255 karakterden uzunsa taşma meydana geldiği ve 255te sınırlandığı görüldü.
BCrypt OpenBSD için oluşturulduğu için, bu kütüphanedeki hatadan sonra versiyon numarasının yükseltilmesine karar verildi.
Algoritma
Bcrypt algoritması OrpheanBeholderScryDoubt metninin Blowfish kullanılarak 64 defa şifrelenmesinin sonucudur. Bcryptte standart Blowfish anahtar hazırlama fonksiyonu, daha yavaş anahtar hazırlama fonksiyonuyla (EksBlowfishSetup) değiştirilmiştir:
Function bcrypt
Input:
cost: Number (4..31) log2(Iterations). e. g. 12 ==> 212 = 4,096 iterations
salt: array of Bytes (16 bytes) random salt
password: array of Bytes (1..72 bytes) UTF-8 encoded password
Output:
hash: array of Bytes (24 bytes)

//Initialize Blowfish state with expensive key setup algorithm
state EksBlowfishSetup(cost, salt, password)

//Repeatedly encrypt the text "OrpheanBeholderScryDoubt" 64 times
ctext "OrpheanBeholderScryDoubt" //24 bytes ==> three 64-bit blocks
repeat (64)
ctext EncryptECB(state, ctext) //encrypt using standard Blowfish in ECB mode

//24-byte ctext is resulting password hash
return Concatenate(cost, salt, ctext)
Maliyetli anahtar oluşturma
Bcrypt algoritması aşağıdaki mantıkta çalışan Eksblowfish anahtar hazırlama algoritmasına bağlıdır:
Function EksBlowfishSetup
Input:
cost: Number (4..31) log2(Iterations). e. g. 12 ==> 212 = 4,096 iterations
salt: array of Bytes (16 bytes) random salt
password: array of Bytes (1..72 bytes) UTF-8 encoded password
Output:
state: opaque BlowFish state structure

state InitialState()
state ExpandKey(state, salt, password)
repeat (2cost)
state ExpandKey(state, 0, password)
state ExpandKey(state, 0, salt)

return state
Expand Key
ExpandKey fonksiyonu aşağıdaki işlemleri yapar:
Function ExpandKey(state, salt, password)
Input:
state: Opaque BlowFish state structure Internally contains P-array and S-box entries
salt: array of Bytes (16 bytes) random salt
password: array of Bytes (1..72 bytes) UTF-8 encoded password
Output:
state: opaque BlowFish state structure

//Mix password into the internal P-array of state
for n 1 to 18 do
Pn Pn xor password[32(n-1)..32n-1] //treat the password as cyclic

//Encrypt state using the lower 8 bytes of salt, and store the 8 byte result in P1|P2
block Encrypt(state, salt[0..63])
P1 block[0..31] //lower 32-bits
P2 block[32..63] //upper 32-bits

//Continue encrypting state with salt, and storing results in remaining P-array
for n 2 to 9 do
block Encrypt(state, block xor salt[64(n-1)..64n-1]) //encrypt using the current key schedule and treat the salt as cyclic
P2n-1 block[0..31] //lower 32-bits
P2n block[32..63] //upper 32-bits

//Mix encrypted state into the internal S-boxes of state
for i 1 to 4 do
for n 0 to 127 do
block Encrypt(state, block xor salt[64(n-1)..64n-1]) //as above
Si[2n] block[0..31] //lower 32-bits
Si[2n+1] block[32..63] //upper 32-bits
return state
Böylelikle, tüm XORlar ve sıfır salt değerleri etkisiz olduğu için ExpandKey(state, 0, key) standart Blowfish anahtar zamanlamasıyla aynıdır. ExpandKey(state, 0, salt) için de benzer şeyler söylenebilir, fakat bu fonksiyon salt değerini 128 bit anahtar olarak kullanır.
Kullanıcı girdisi
Bcryptin birçok uygulaması OpenBSDde olduğu gibi parolayı ilk 72 baytı kalacak şekilde kırpar.
Matematiksel algoritma ise 18 adet 32 bit alt anahtar ile (72 octet/bytea eşdeğer) başlamaya hazır hale gelir. Bcryptin orijinal tanımlarında metin tabanlı şifreleri userlandden nümerik değerlere eşleştirmek için önerilen belirli bir metod yoktur. Metinde geçen kısa bir yorum string karakterlerini ASCII olarak şifreleyerek tutmaktan (zorunlu tutmaksızın) bahseder ve şöyle devam eder: Sonuç olarak, buradaki anahtar argümanı, kullanıcı tarafından seçilen 56 bytetan küçük(eğer anahtar ASCII stringi ise sonuçlandırma sıfır byteı da dahil olmak kaydıyla) bir gizli şifreleme anahtarıdır.
Bu alıntıda geçen 56 bytetan küçük parolalar ifadesi önemlidir (zira algoritma 72 bytea kadar kullanıyor). Provos ve Mazières kısıtlamayla ilgili bir açıklama yapmıyor olsa da, Bruce Schneierın Blowfishin orijinal tanımlamalarındaki ifadesini düşünerek hareket etmiş olabilirler: Anahtar boyutundaki 448 [bit] limiti, her alt anahtarın her bitinin, anahtarın bir bitine bağlı olmasını sağlamaktadır.
Bcryptin farklı uygulamaları birbirinden, parolaları nümerik değerlere ilk dönüştürmelerinde kullandıkları yöntem farklılıklarıyla ayrışmıştır.