Радужная таблица (англ. rainbow table) — специальный вариант таблиц поиска (англ. lookup table), использующий механизм разумного компромисса между временем поиска по таблице и занимаемой памятью (time-memory tradeoff). Радужные таблицы используются для вскрытия паролей, преобразованных при помощи необратимой хеш-функции, а также для атак на симметричные и асимметричные шифры на основе известного открытого текста.

Теория

Радужная таблица создается построением цепочек возможных паролей. Каждая цепочка начинается со случайного возможного пароля, затем подвергается действию хеш-функции и функции редукции. Данная функция преобразует результат хеш-функции в некоторый возможный пароль (например, если мы предполагаем, что пароль имеет длину 64 бита, то функцией редукции может быть взятие первых 64 бит хеша, побитовое сложение всех 64-битных блоков хеша и т. п.). Промежуточные пароли в цепочке отбрасываются и в таблицу записываются только первый и последний элементы цепочек. Создание таких таблиц требует больше времени, чем нужно для создания обычных таблиц поиска, но значительно меньше памяти (вплоть до сотен гигабайт, при объеме для обычных таблиц в N слов для радужных нужно всего порядка N^2/3). При этом они требуют хоть и больше времени (по сравнению с обычными методами) на восстановление исходного пароля, но на практике более реализуемы (для построения обычной таблицы для 6-символьного пароля с байтовыми символами потребуется 256⁶ = 281 474 976 710 656 блоков памяти, в то время как для радужной — всего 256^6·⅔ = 4 294 967 296 блоков).

Для восстановления пароля данное значение хеш-функции подвергается функции редукции и ищется в таблице. Если не было найдено совпадения, то снова применяется хеш-функция и функция редукции. Данная операция продолжается, пока не будет найдено совпадение. После нахождения совпадения цепочка, содержащая его, восстанавливается для нахождения отброшенного значения, которое и будет искомым паролем.

В итоге получается таблица, которая может с высокой вероятностью восстановить пароль за небольшое время.

Таблицы могут взламывать только ту хеш-функцию, для которой они создавались, то есть таблицы для MD5 могут взломать только хеш MD5. Теория данной технологии была разработана Philippe Oechslin^[1] как быстрый вариант time-memory tradeoff ^[2]. Впервые технология использована в программе Ophcrack для взлома хешей LanMan (LM-хеш), используемых в Microsoft Windows. Позже была разработана более совершенная программа RainbowCrack, которая может работать с большим количеством хешей, например LanMan, MD5, SHA1 и др.

Следующим шагом было создание программы The UDC, которая позволяет строить Hybrid Rainbow таблицы не по набору символов, а по набору словарей, что позволяет восстанавливать более длинные пароли (фактически неограниченной длины).

Применение

При генерации таблиц важно найти наилучшее соотношения взаимосвязанных параметров:

• вероятность нахождения пароля по полученным таблицам;
• времени генерации таблиц;
• время подбора пароля по таблицам;
• занимаемое место.

Вышеназванные параметры зависят от настроек заданных при генерации таблиц:

• допустимый набор символов;
• длина пароля;
• длина цепочки;
• количество таблиц.

При этом время генерации зависит почти исключительно от желаемой вероятности подбора, используемого набора символов и длины пароля. Занимаемое таблицами место зависит от желаемой скорости подбора 1 пароля по готовым таблицам.

Хотя применение радужных таблиц облегчает использование метода грубой силы (bruteforce) для подбора паролей, в некоторых случаях необходимые для их генерации/использования вычислительные мощности не позволяют одиночному пользователю достичь желаемых результатов за приемлемое время. К примеру для паролей длиной не более 8 символов, состоящих из букв, цифр и специальных символов !@#$%^&*()-_+= захешированных алгоритмом MD5 могут быть сгенерированы таблицы со следующими параметрами:

• длина цепочки 1400
• количество цепочек 50 000 000
• количество таблиц 800

При этом вероятность нахождения пароля с помощью данных таблиц составит 0.7542 (75.42 %), сами таблицы займут 596 Гб, генерация их на компьютере уровня Пентиум-3 1ГГц займёт 3 года а поиск 1 пароля по готовым таблицам не более 22 минут.

Однако процесс генерации таблиц возможно распараллелить, например расчёт одной таблицы с вышеприведёнными параметрами занимает примерно 33 часа. В таком случае если в нашем распоряжении есть 100 компьютеров, все таблицы можно сгенерировать через 11 суток.

Защита от радужных таблиц

Один из распространённых методов защиты от взлома с помощью радужных таблиц — использование необратимых хеш-функций, которые включают salt («соль», или «затравка»). Существует множество возможных схем смешения затравки и пароля. Например, рассмотрим следующую функцию для создания хеша от пароля:

хеш = MD5( пароль + соль ),

Для восстановления такого пароля взломщику необходимы таблицы для всех возможных значений затравки. При использовании такой схемы, затравка должна быть достаточно длинной (6-8 символов), случайной и различной для каждого пароля.

По сути, затравка увеличивает длину и, возможно, сложность пароля. Если таблица рассчитана на некоторую длину или на некоторый ограниченный набор символов, то затравка может предотвратить восстановление пароля.

Использование

Практически все дистрибутивы ОС Unix, GNU/Linux и BSD используют хеши с солью для хранения системных паролей, хотя многие приложения, например, интернет-скрипты используют простой хеш (обычно MD5) без "соли". ОС Microsoft Windows и Windows NT используют хеши LM-хеш и NTLM, которые также не используют "соль", что делает их самыми популярными для создания радужных таблиц.

Примечания