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第五章：密码哈希安全实践

为什么需要密码哈希化？

在Web应用中，直接存储用户密码明文是极其危险的。一旦数据库泄露，攻击者可以轻易获取所有用户的密码。密码哈希化（Hashing）通过将密码转换为不可逆的字符串形式，即使数据泄露，攻击者也无法直接还原原始密码。

Bcrypt算法的工作原理

核心设计理念

Bcrypt是一种专门为密码存储设计的哈希算法，其核心特点是通过盐值（Salt）和可调节的工作因子（Work Factor）来增强安全性。

盐值（Salt）的作用

盐值是一个随机生成的字符串，它与密码组合后再进行哈希计算。这使得：

即使两个用户使用相同密码，哈希结果也会不同
有效防御彩虹表攻击

工作因子（Work Factor）

工作因子控制哈希计算的复杂度（迭代次数），取值范围通常为4-31。每增加1，计算时间翻倍。例如：

工作因子=12时，单次哈希耗时约0.3秒
工作因子=15时，耗时约2.4秒

这种自适应延迟机制能有效对抗暴力破解。

哈希结果结构

一个Bcrypt哈希值的典型格式：

1	$2b$12$N9qo8uLOickgx2ZMRZMyQeAgtpGL6ebsJp.mXdf8Yp7dPpqPvm7SS

2b：算法版本
12：工作因子
N9qo8uLOickgx2ZMRZMyQe：22字符的盐值
eAgtpGL6ebsJp.mXdf8Yp7dPpqPvm7SS：31字符的哈希值

密码哈希化与验证函数实现

环境准备

安装所需依赖：

1	pip install fastapi==0.78.0 uvicorn==0.18.2 passlib[bcrypt]==1.7.4 pydantic==1.10.7

密码处理工具类

from passlib.context import CryptContext

# 创建Bcrypt上下文
pwd_context = CryptContext(
    schemes=["bcrypt"],
    deprecated="auto",
    bcrypt__rounds=12  # 控制计算复杂度
)


def hash_password(plain_password: str) -> str:
    """将明文密码转换为Bcrypt哈希值"""
    return pwd_context.hash(plain_password)


def verify_password(plain_password: str, hashed_password: str) -> bool:
    """验证密码是否与哈希值匹配"""
    return pwd_context.verify(plain_password, hashed_password)

集成到用户模型

from pydantic import BaseModel


class UserCreate(BaseModel):
    username: str
    password: str


class UserInDB(BaseModel):
    username: str
    hashed_password: str


def create_user(user: UserCreate) -> UserInDB:
    hashed_password = hash_password(user.password)
    return UserInDB(
        username=user.username,
        hashed_password=hashed_password
    )

在FastAPI路由中使用

from fastapi import APIRouter

router = APIRouter()


@router.post("/register")
async def register(user: UserCreate):
    db_user = create_user(user)
    # 将db_user保存到数据库
    return {"username": db_user.username}


@router.post("/login")
async def login(user: UserCreate):
    # 假设从数据库获取到了存储的哈希值
    stored_hash = "$2b$12$N9qo8uLOickgx2ZMRZMyQeAgtpGL6ebsJp.mXdf8Yp7dPpqPvm7SS"
    if verify_password(user.password, stored_hash):
        return {"status": "登录成功"}
    return {"status": "密码错误"}

课后Quiz

为什么推荐使用Bcrypt而不是MD5/SHA-256进行密码哈希？
A. 因为Bcrypt更快
B. 因为Bcrypt专门为密码设计，具有盐值和自适应延迟
C. 因为Bcrypt生成的哈希值更短
答案：B。MD5/SHA-256是通用哈希算法，缺乏专门针对密码保护的特性，无法有效防御暴力破解。
盐值的主要安全作用是什么？
A. 加快哈希计算速度
B. 防止相同密码产生相同哈希值
C. 减少内存占用
答案：B。盐值通过引入随机性，确保相同密码生成不同的哈希，防范彩虹表攻击。
密码验证的正确步骤是？
A. 解密存储的哈希值与输入密码比对
B. 对输入密码重新哈希并与存储值比较
C. 使用恒定时间比较函数验证
答案：B。哈希过程不可逆，只能通过重新计算验证。C也是正确做法，但passlib已自动处理。

常见报错解决方案

报错1：AttributeError: module ‘bcrypt’ has no attribute ‘hashpw’

原因：未正确安装passlib的bcrypt依赖
解决：

1	pip install passlib[bcrypt]

报错2：ValueError: Invalid rounds

原因：工作因子超出4-31范围
解决：调整bcrypt__rounds参数至合法值

1	pwd_context = CryptContext(..., bcrypt__rounds=12)

报错3：TypeError: Unicode-objects must be encoded before hashing

原因：密码字符串未编码为bytes
解决：passlib自动处理编码，检查是否手动调用了其他库

1 2	# 正确方式 pwd_context.hash("明文密码")

通过本章的学习，您已掌握在FastAPI中实现安全密码存储的核心方法。牢记：永远不要自己实现加密算法，使用经过验证的库才是最佳实践。

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密码哈希：Bcrypt的魔法与盐值的秘密