基於規則評分的密碼強度檢測演算法分析及實現(JavaScript)

簡言

用正規表示式做使用者密碼強度的通過性判定，過於簡單粗暴，不但使用者體驗差，而且使用者帳號安全性也差。那麼如何準確評價使用者密碼的強度，保護使用者帳號安全呢？本文分析介紹了幾種基於規則評分的密碼強度檢測演算法，並給出了相應的演示程式。大家可以根據自己專案安全性需要，做最適合於自己的方案選擇。

1 方案1 （簡單）

方案1演算法通過密碼構成分析，結合權重分派，統計得出密碼強度得分。得分越高，表示密碼強度越大，也就越安全。方案1演算法思想簡單，實現容易。

1.1 方案1評分標準

一、密碼長度：

• 5 分: 小於等於4 個字元
• 10 分: 5 到7 字元
• 25 分: 大於等於8 個字元

二、字母：

• 0 分: 沒有字母
• 10 分: 全都是小（大）寫字母
• 20 分: 大小寫混合字母

三、數字:

• 0 分: 沒有數字
• 10 分: 1 個數字
• 20 分: 大於1 個數字

四、符號:

• 0 分: 沒有符號
• 10 分: 1 個符號
• 25 分: 大於1 個符號

五、獎勵:

• 2 分: 字母和數字
• 3 分: 字母、數字和符號
• 5 分: 大小寫字母、數字和符號

1.2 方案1等級劃分

根據密碼評分，將密碼劃分成以下7個等級：

• >= 90: 非常安全（VERY_SECURE）
• >= 80: 安全（SECURE）
• >= 70: 非常強（VERY_STRONG）
• >= 60: 強（STRONG）
• >= 50: 一般（AVERAGE）
• >= 25: 弱（WEAK）
• >= 0: 非常弱（ VERY_WEAK）

該評分標準及等級劃分，實際使用時，可小做調整，但不建議做大的變動。

1.3 方案1演示程式

演示程式

1.4 方案1測試分析

// 評分 25，純小寫字母無法通過驗證
console.log("aaaaaaaa".score());
// 評分 45，純數字無法通過驗證
console.log("11111111".score());
// 評分 47，小寫+數字無法通過驗證
console.log("aa111111".score());
// 評分 45，小寫+大寫無法通過驗證
console.log("aaaaAAAA".score());
// 評分 50，4位密碼不可能通過驗證
console.log("11!!".score());
// 評分 70，5位密碼可通過驗證
console.log("0aA!!".score());
// 評分 67，小寫+大寫+數字可通過驗證（8位）
console.log("aA000000".score());
// 評分 70，數字+符號可通過驗證
console.log("000000!!".score());

從以上測試結果中，我們可以看出演算法是十分的有效的，基本能夠保證密碼具有一定的安全性。但是存在的問題也很明顯，其中最主要的問題是對重複或連續的字元評分過高。以測試用例中最後一個為例： 000000!! 可以得到70分，但顯然並不是一個非常強壯的密碼。

另外，方案1最高可以得到95分，也就是說沒有100分（絕對安全）的密碼，這一點也是很有智慧的設計。

2 方案2

針對方案1中的不足，方案2中引入了減分機制。對於重複出現，連續出現的字元給予適當的減分，以使得密碼評分更準確。同時在方案2中密碼的評分基數及計算過程都十分的複雜，要想理解其中每一步的含義，請保持足夠的耐心。

2.1 方案2加分項

一、密碼長度：

• 公式 ：+(n*4)，其中n表示密碼長度

二、大寫字母：

• 公式：+((len-n)*2)，其中n表示大寫字母個數，len表示密碼長度

三、小寫字母：

• 公式：+((len-n)*2)，其中n表示小寫字母個數，len表示密碼長度

四、數字：

• 公式：+(n*4)，其中n表示數字個數
• 條件：滿足n < len，才能得到加分，len表示密碼長度

五、符號：

• 公式：+(n*6)，其中n表示符號個數

六、位於中間的數字或符號：

• 公式：+(n*2)，其中n表示位於中間的數字或符號個數

七、最低條件得分：

• 公式：+(n*2)，其中n表示滿足的最低條件條目數
• 條件：只有滿足最低條件，才能得到加分

其中最低條件的條目如下：

• 1.密碼長度不小於8位
• 2.包含大寫字母
• 3.包含小寫字母
• 4.包含數字
• 5.包含符號

最低條件要求滿足條目1並至少滿足條目2-5中的任意三條。

2.2 方案2減分項

一、只有字母：

• 公式：-n，其中n表示字母個數

二、只有數字：

• 公式：-n，其中n表示數字個數

三、重複字元數（大小寫敏感）：

該項描述複雜，具體計算方法見如下示例程式：

var pass = "1111aaDD";  //示意密碼
var repChar = 0;
var repCharBonus = 0;  //得分
var len = pass.length;
for(var i = 0; i < len; i++) {
    var exists = false;
    for (var j = 0; j < len; j++) {
        if (pass[i] == pass[j] && i != j) {
            exists = true;
            repCharBonus += Math.abs(len/(j-i));
        }
    }
    if (exists) {
        repChar++;
        var unqChar = len - repChar;
        repCharBonus = (unqChar) ? Math.ceil(repCharBonus/unqChar) : Math.ceil(repCharBonus);
    }
}

四、連續大寫字母：

• 公式：-(n*2)，其中n表示連續大寫字母出現的次數
• 舉例：如輸入AUB，則n=2

五、連續小寫字母：

• 公式：-(n*2)，其中n表示連續小寫字母出現的次數
• 舉例：如輸入aub，則n=2

六、連續數字：

• 公式：-(n*2)，其中n表示連續數字出現的次數
• 舉例：如輸入381，則n=2

七、正序或逆序字母：

• 公式：-(n*3)，其中n表示連續發生的次數

  • 正序或逆序是指字母表中的順序
  • 不區分大小寫
• 條件：只有連續3個字母或以上，才會減分，
• 例1：如輸入ABC，則n=1
• 例2：如輸入dcBA，則n=2

八、正序或逆序數字：

• 公式：-(n*3)，其中n表示連續發生的次數
• 條件：只有連續3個數字或以上，才會減分
• 例1：如輸入123，則n=1，
• 例2：如輸入4321，則n=2
• 例3：如輸入12，則不會減分

九、正序或逆序符號：

• 公式：-(n*3)，其中n表示連續發生的次數
• 條件：只有連續3個符號或以上，才會減分

2.3 方案2等級劃分

根據密碼評分，將密碼劃分成以下5個等級：

• >= 80: 非常強（VERY_STRONG）
• >= 60: 強（STRONG）
• >= 40: 好（GOOD）
• >= 20: 弱（WEAK）
• >= 0: 非常弱（ VERY_WEAK）

2.4 方案2演示程式

演示程式

2.5 方案2測試分析

// 評分 0
console.log("11111111".score());
// 評分 2
console.log("aa111111".score());
// 評分 38
console.log("000000!!".score());
// 評分 76
console.log("Asdf2468".score());
// 評分 76
console.log("Mary2468".score());
// 評分 60
console.log("@dmin246".score());

從以上測試可以看出方案2較方案1有了比較大的改進和提升，尤其是對連續或重複字元上表現出色。但是方案2也存在明顯的不足，主要缺點包括對人名（Mary）、單詞（Story）、鍵盤上相連的鍵（Asdf）、L33T（@dmin）沒法識別。

L33T：是指把拉丁字母換成數字或是特殊符號的書寫形式。例如把E寫成3、A寫成@、to寫成2、for寫成4。

3 方案3 zxcvbn

3.1 簡要說明

針對方案2中的不足，引入了方案3，進一步的提長密碼強度。方案3完全引入一個第三方檢驗工具zxcvbn。

zxcvbn是一個受密碼破解啟發而來的密碼強度估算器。它通過模式匹配和保守估計，大概可以識別大約30K左右的常規密碼。主要基於美國人口普查資料，維基，美國電影，電視流行詞以及其它一些常用模式，像日期，重複字元，序列字元，鍵盤模式和L33T會話等。

從演算法的設計思想上，該方案完全秒殺基於構成的統計分析方法（前兩種方法）。同時zxcvbn支援多種開發語言。因其模式的複雜及字典的存在，當前版本的zxcvbn.js大約有800多K。

要了解專案的詳情及演算法見zxcvbn官網：

github zxcvbn

3.2 方案3演示程式

演示程式

以上是三胖對密碼強度檢測演算法和方案的理解和分析，不足之處還請大家多多指正！

原文連結