在 Python 中使用 Fernet 进行对称加密 - 主密码用例

Question

我一直试图了解对称加密的工作原理以及如何将其集成到我的 CLI 应用程序中，但我遇到了一些问题，我将在下面描述。

我的用例如下：

• 我有一个 CLI 应用程序 (SQLAlchemy + click + Python 3.8)，它将是一个非常简单的密码管理器（个人使用）。

• 启动时，我想询问用户主密码，以便他能够从数据库中检索任何信息。如果用户还没有主密码，我会要求他创建一个。我希望使用相同的主密钥对所有数据进行加密。

为了做到以上所有，我认为对称加密是最合适的，我想到了Fernet，所以我开始写一些代码：

import base64

from cryptography.fernet import Fernet, InvalidToken
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
from cryptography.hazmat.primitives import hashes
from cryptography.hazmat.primitives.kdf.pbkdf2 import PBKDF2HMAC


def generate_key_derivation(salt, master_password):
    kdf = PBKDF2HMAC(
        algorithm=hashes.SHA256(),
        length=32,
        salt=salt,
        iterations=100000,
        backend=default_backend()
    )
    key = base64.urlsafe_b64encode(kdf.derive(master_password.encode()))
    return key


def encrypt(key, value_to_encrypt):
    f = Fernet(key)
    encrypted_key = f.encrypt(value_to_encrypt.encode())
    return encrypted_key


def decrypt(key, encrypted_key):
    f = Fernet(key)
    try:
        return f.decrypt(encrypted_key)
    except InvalidToken:
        return b''

现在，我有点想从文档中理解这一点：

在此方案中，盐必须存储在可检索的位置 以便将来从密码中派生相同的密钥。

在我看来，这意味着：将盐存储在数据库中，并在用户每次尝试使用应用程序时使用它。然后，运行用户通过密钥派生函数插入的主密码并检查它是否匹配......密钥？ 但我没有初始密钥，因为我第一次没有将它与盐一起存储。而且如果我要保存，难道没有人可以随意使用它来加密和解密数据吗？

防止上述情况的常用解决方案是什么？

这是一个使用click的小型POC：

import os
import click

from models import MasterPasswordModel


@click.group(help="Simple CLI Password Manager for personal use")
@click.pass_context
def main(ctx):
    # if the user hasn't stored any master password yet, 
    # create a new one
    if MasterPasswordModel.is_empty():

        # ask user for a new master password
        master_password = click.prompt(
            'Please enter your new master password: ', 
            hide_input=True
        )

        # generate the salt
        salt = os.urandom(16)

        # generate key_derivation
        # this isn't stored because if it does anyone would be able 
        # to access any data
        key = generate_key_derivation(salt, master_password)

        # store the salt to the DB
        MasterPasswordModel.create(salt)

    # if the user stored a master password, check if it's valid and 
    # allow him to do other actions
    else:
        # ask user for existing master password
        master_password = click.prompt(
            'Please enter your new master password: ',
            hide_input=True
        )

        # get existing master password salt from DB
        salt = MasterPasswordModel.get_salt()

        # generate key_derivation
        key = generate_key_derivation(salt, master_password)

        # At this point I don't know how to check whether the `key` is 
        # valid or not since I don't have anything to check it against.

        # what am I missing?

我希望所有这些都有意义。作为 TL;DR，我认为问题是：如何安全地存储密钥，以便检索它以进行进一步检查？或者这就是事情应该怎么做？我错过了什么？我确定我误解了一些事情:)

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LE：正如其中一个 cmets 中所指定的，看起来我可能有一个解决方案，但我仍然在这个过程中的某个地方卡住了。在this answer 中指定：

如果您还没有这样做，我也强烈建议您不要 直接使用用户提供的密钥，而是先传递它 通过故意缓慢的密钥派生函数，例如 PBKDF2， bcrypt 或 scrypt。你应该先这样做，在尝试之前 验证密钥的正确性，并立即丢弃 用户提供的原始密钥，并将派生密钥用于所有内容 （验证和实际加密/解密）。

所以，让我们一步一步来举例：

1) 我第一次被要求输入主密码。它在 DB 中不存在，所以很明显，我必须创建并存储它。

2) 除了新生成的 salt，我还必须保存提供的主密码的哈希值（例如，我将使用 SHA-256）。

3) 我现在有一个包含盐和散列主密码的记录，因此我可以继续使用该应用程序。我现在想在 DB 中创建一条新记录，据说它会使用我的 key 进行加密。

问题是……什么键？如果我要应用上面写的内容，我必须使用我的 generate_key_derivation() 函数，使用来自 DB 的盐和散列主密码，并将其用于加密/解密。但是，如果我这样做，任何人都无法获取存储在 DB 中的 hash_key，并使用相同的generate_key_derivation 做任何他想做的事吗？

那么，我错过了什么？

Answer 1

我不是加密专家，但我认为我的想法是像这样存储盐和派生密钥的哈希：

1. 第一次获取主密码
2. 生成盐
3. 使用盐和主密码派生新密钥
4. 放弃主密码
5. 散列派生密钥
6. 将盐和派生密钥存储在数据库中
7. 使用派生密钥加密存储的密码

稍后使用盐和哈希来验证派生密钥的真实性，如下所示：

1. 获取主密码
2. 从数据库中获取盐和哈希
3. 使用盐和主密码派生密钥
4. 放弃主密码
5. 散列派生密钥
6. 通过查看哈希是否与数据库中的哈希匹配来验证派生密钥
7. 如果不匹配，退出
8. 否则，请使用派生密钥解密其他密码。