Digest Auth詳解：Web應用程序的身份驗證方案

一、基本概念

Digest認證協議是一種身份驗證方法，用於保護HTTP請求的安全性。它是HTTP協議的加密版本。Digest認證協議與基本認證協議類似，但不會將用戶的密碼以明文方式發送給伺服器。Dgiest認證協議要求客戶端向伺服器發送請求，伺服器使用給定的哈希函數計算關於發送的令牌的信息，並返回一個證書。

Digest認證協議的流程如下：

1、客戶端發送令牌至伺服器；
2、伺服器使用密鑰計算令牌的哈希，並將令牌響應返回給客戶端；
3、客戶端在將數據發送伺服器時，將令牌一起發給伺服器；
4、伺服器再次使用密鑰計算令牌的哈希值，並驗證其是否與接收到的一致；
5、如果哈希值一致，則伺服器認為請求有效，並返回請求所需的數據。

二、基本實現

下面我們以Python語言為例來演示Digest認證協議的基本實現過程：

import urllib.request
import hashlib

def get_md5(str):
    """
    計算字元串的哈希值
    """
    md5 = hashlib.md5()
    md5.update(str.encode('utf-8'))
    return md5.hexdigest()

def digest_auth(url, user, password):
    """
    根據給定的URL、用戶名和密碼發送請求，並計算令牌的哈希值
    """
    # 創建一個密碼管理器
    password_mgr = urllib.request.HTTPPasswordMgrWithDefaultRealm()
    password_mgr.add_password(None, url, user, password)

    # 創建能夠處理賬戶密碼的處理器
    handler = urllib.request.HTTPDigestAuthHandler(password_mgr)

    # 創建 urllib.request 模塊的 OpenerDirector 對象並獲得 URI（統一資源標識符）
    opener = urllib.request.build_opener(handler)
    urllib.request.install_opener(opener)

    # 發送請求到指定URL並列印響應
    response = urllib.request.urlopen(url)
    print(response.read().decode('utf-8'))

    # 計算令牌的哈希值
    ha1 = get_md5(user + ':Digest realm=""' + ':password')
    ha2 = get_md5('GET:' + url)
    token = get_md5(ha1 + ':nonce:nc:cnonce:qop:' + ha2)

    return token

代碼解析:

1、定義get_md5方法，用於計算字元串的哈希值;

2、定義digest_auth方法，用於實現Digest認證流程；在該方法中，我們創建了一個HTTP密碼管理器，並向其中添加用戶的賬戶密碼。然後創建一個HTTP處理器，用於處理賬戶密碼。接著，我們創建了一個OpenerDirector對象，並使用安裝器將其安裝。最後，我們向指定的URL發送請求並獲取響應，在計算令牌的哈希值並返回。

三、參數介紹

Digest中有以下幾個參數：

1、username：用戶名；

2、realm：realm是伺服器所希望對客戶端認證的一個或多個域。realm可以是一個字元串值，也可以是多個字元串值的逗號分隔列表。客戶端會提示用戶輸入用戶名和密碼，並將其發送至伺服器。如果伺服器認為這些憑據無效，則可以返回HTTP 401響應，以提示客戶端要求用戶輸入憑據。

3、nonce：一次性的數字，用於表示該伺服器對於本次請求的隨機數。伺服器返回的響應中通常包含一個nonce欄位作為列表頭信息。客戶端使用此nonce欄位從伺服器獲取響應後，然後轉發給伺服器，連同請求包含指定的nonce和dayn等信息，就可以用於鑒定伺服器到客戶機間的身份驗證；

4、uri：這個域是可選的，URI為實現資源被請求的方式。如果在請求URL中包含了URI，例如http://www.example.com/path/page.html，那麼在Authorization頭部中也包含這個完整的URI；

5、qop：qop是質量保證(Quality of Protection)的縮寫，表示使用的保證質量的方式。Digest現在已被增強為可提供客戶端/伺服器之間的完整性檢測和保護，如果使用qop，則客戶和伺服器之間的數據將會以某種預定義的方式被加密和處理；

6、nc：用於客戶端的消息計數器（Nonse Count），保證客戶端對於同一Nonce的每個請求發送的nc數不同，並且按照先後順序遞增；

7、cnonce：用於客戶端創建的Nonce字元串的值。如果客戶端已經生成了一個隨機值，那麼可以將其放在cnonce欄位中並將其發送至伺服器

8、response：由客戶端所提交的哈希值，使用的是與哈希函數相關的哈希。該哈希值由以下因素合併而成：服務端和客戶端所共同協商的字元串QOP，服務端所返回的Nonce值，客戶端所提交的客戶端計數（NC），本次所請求的URI，客戶端所知道的服務端密碼以及其他一些數據。

四、安全性的弱點及解決方案

Digest認證雖然比Base認證更加安全，但仍存在一些問題。

1、摘要過期：摘要必須在一段時間內使用，此後不可再用。如果客戶端在伺服器嘗試使用請求摘要時返回 401 頁面，客戶端需要只使用之前的摘要，它將被拒絕，因為摘要已過期。為了避免此問題，請適當設置摘要過期時間

2、響應使用相同的計數器值：攻擊者會嘗試使用相同的計數器值。為避免這種情況，建議在伺服器上啟用更強的請求級別摘要和對摘要的加密保護。

3、可重放攻擊：攻擊者可以刪除然後在另一處使用有效摘要。為了避免此情況，請使用加密的SSL/TLS協議或使用嚴格的請求級別摘要方式。

4、人工重放：攻擊者使用每個消息的MIME過程的機器重播Victim消息。為解決此問題，請使用嚴格的請求級別摘要方式。

五、總結

本文詳細介紹了摘要認證協議(Digest Auth)。我們討論了它的基本概念、實現、參數以及可能的安全性問題。