パスワードハッシュは、パスワードのセキュリティを確保するための基本的な方法です。パスワードストレージの風景をプレーンテキストから暗号化されたハッシュに変えました。この記事では、MD5 や SHA-1 などの初期のアルゴリズムから、今日推奨されるより安全な方法へのパスワードハッシュの進化を探り、最終的に各ウェブサイトごとにランダムなパスワードを使用する重要性を強調します。
ハッシュの理解
パスワードハッシュの歴史と進化を深く掘り下げる前に、ハッシュが何であるかを理解することが重要です。ハッシュ関数は、任意のデータ文字列、つまり「入力」を取り、それを固定サイズのバイト列、通常は「ハッシュ」として知られるものに変換するように設計されています。このプロセスには、セキュリティ目的で特に有用な特徴がいくつかあります。
ハッシュ関数の重要な特徴の一つは、入力の変更に対する感度です。これはアバランシェ効果（雪崩効果）として知られています。パスワードの文字を一つ変更するだけでも、完全に異なるハッシュが生成されます。例えば、「password1」と「password2」の文字列のハッシュは、最後の文字が異なるだけですが、全く異なる形になります。この特性はデータの完全性を維持するために不可欠であり、ハッシュから元の入力を推測することをほぼ不可能にします。
さらに、ハッシュ関数は一方向関数です。つまり、逆方向に計算することが実際には不可能であるように設計されています。出力（ハッシュ）は、入力の具体的な詳細を保持しておらず、誰かが元のデータを再構築するには非常に多くの計算力が必要です。ハッシュを「逆にする」唯一の実際的な方法は、すべての可能な組み合わせを再計算するブルートフォース法です。
初期の時代：MD5 と SHA-1
デジタルセキュリティの初期において、MD5（メッセージダイジェストアルゴリズム 5）と SHA-1（セキュアハッシュアルゴリズム 1）は広くパスワードハッシュに使用されていました。これらのアルゴリズムは 1990 年代初頭に開発され、プレーンテキストパスワードを固定サイズのハッシュ値に変換します。しかし、衝突攻撃に対する脆弱性が明らかになり、これらのアルゴリズムは安全な用途には適さないとされました。
パスワードベースキー導出関数（PBKDF）
ハッシュ関数は速く効率的に設計されていますが、この特徴はパスワードセキュリティには有害です。なぜなら、ブルートフォース攻撃を容易にしてしまうからです。パスワードベースキー導出関数（PBKDF）である PBKDF2、bcrypt、scrypt は、これらの攻撃に対抗するために設計されており、ソルト（レインボーテーブル攻撃に対抗するため）を組み込み、キー伸張という技法を使用します。キー伸張は意図的にハッシュプロセスを遅くし、不正アクセスの試みを著しく阻害します。
より安全なハッシュへの進化
サイバーセキュリティが進化する中、MD5 や SHA-1 などの初期ハッシュアルゴリズムの不十分さが明らかになり、 bcrypt や scrypt、 Argon2 といったパスワードセキュリティのために特に設計されたアルゴリズムが開発されました。
OWASP の推奨
OWASP によると、パスワードハッシュに推奨されるアルゴリズムは bcrypt、scrypt、および Argon2 です。これらはブルートフォース攻撃に対する強固な防御と、ソルトおよびキー伸張の組み込み機能があることで評価されています。
bcrypt
bcrypt は Blowfish 暗号に由来するパスワードハッシュ関数です。レインボーテーブル攻撃に対抗するためのソルトを組み込み、計算時間（および生成するハッシュの難易度）を増加させるためのコストパラメータを使用します。このコストファクタは調整可能であり、ハードウェアの改良に応じてアルゴリズムをスケールできます。
主要なパラメータ:
- コストファクタ: キー展開ラウンドの回数を制御します。高い値はセキュリティを強化しますが、ハッシュ生成プロセスも遅くなります。
OWASP は、10 以上のワークファクタと 72 バイトのパスワード制限を推奨しています。
scrypt
scrypt は、大規模なカスタムハードウェア攻撃に対抗するためにメモリと時間の両方が集中的に設計されています。特定のメモリ量を要求でき、PBKDF2 と同様にソルトとイテレーションカウントも含まれています。
主要なパラメータ:
- N（CPU/メモリコスト）: イテレーション数を決定し、メモリと CPU 使用量に直接影響を与えます。
- r（ブロックサイズ）: ブロックサイズを調整し、メモリ使用量と混合時間に影響を与えます。
- p（並列化パラメータ）: 実行できる並列スレッドの数を指定し、アルゴリズムをコアの数に調整するために使用されます。
OWASP は、最小 CPU/メモリコストパラメータとして（2^17）、最小ブロックサイズとして 8（1024 バイト）、ならびに並列化パラメータとして 1 を推奨しています。
Argon2
Argon2 は、2015 年のパスワードハッシュコンペティションの勝者であり、Argon2d と Argon2i という 2 つのバリアントがあります。Argon2d はサイドチャネル攻撃の低い環境に最適化されており、Argon2i はサイドチャネル攻撃に対抗するよう最適化されています。また、bcrypt と scrypt の重要な機能も組み込んでいます。
主要なパラメータ:
- メモリコスト: ハッシュプロセス中に使用されるメモリ量を指定します。
- 時間コスト: 実行される計算量を決定し、ハッシュ時間に影響を与えます。
- 並列度: ハッシュプロセス中に使用されるスレッドの数を定義します。
OWASP は、メモリ 19 MiB、イテレーションカウント 2、並列度 1 の Argon2id の最小構成を推奨しています。
セキュリティの脅威と対策が進化し続ける中、パスワードセキュリティの最新の実践方法を常に更新することが重要です。最も現在の包括的な推奨事項については、OWASP パスワードストレージチートシート を参照してください。これらのガイドラインを定期的にレビューし、サイバーセキュリティの最善の実践に従うことを確実にしてください。
ランダムパスワードの重要性
最新のハッシュアルゴリズムを使用することが重要である一方で、パスワードの生成および管理方法もセキュリティを維持するために重要な役割を果たします。それぞれのウェブサイトに対してランダムなパスワードを使用することが必要である理由はいくつかあります：
- レガシーシステム: 多くのウェブサイトは依然として古いハッシュアルゴリズムを使用しているか、悪い場合はプレーンテキストでパスワードを保存しています。これらの実践はユーザーデータを非常に脆弱にします。
- クロスサイトセキュリティ: セキュリティの弱いサイトが 1 つでも侵害されると、ユニークなパスワードを使用することで他のアカウントが安全に保たれます。
- 自動化攻撃: 複雑でユニークなパスワードを使用することで、共通のパスワードおよび既知のハッシュの弱点を悪用する自動攻撃のリスクが減少します。
結論
MD5 や SHA-1 から bcrypt や Argon2 のような最新のアルゴリズムへと、パスワードハッシュは大きな変革を遂げました。サイバー脅威が進化し続ける中、最新のハッシュアルゴリズムを採用し、各ウェブサイトごとにランダムでユニークなパスワードを使用することは、オンラインセキュリティを確保するための重要な実践です。これらの戦略は、個々のアカウントの侵害を防ぐだけでなく、ますます高度化する攻撃に対して全体的なセキュリティ姿勢を強化します。
