MySQL身份验证插件caching_sha2_password

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同事反馈了一个问题,MySQL客户端连接数据库的时候,提示这个错误,

这其实是个MySQL新的身份验证插件caching_sha2_password的问题,碰巧看到GreatSQL社区的这篇文章《浅谈 MySQL 新的身份验证插件 caching_sha2_password》,可以借鉴一下。

介绍

从 MySQL 8.0.4 开始,MySQL 默认身份验证插件从 mysql_native_password 改为 caching_sha2_password 。相应地,libmysqlclient 也使用 caching_sha2_password 作为默认的身份验证机制。

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起因

在这之前 MySQL 5.6/5.7 使用的默认密码插件是 mysql_native_passwordmysql_native_password 的特点是不需要加密的连接。该插件验证速度特别快,但是不够安全,因为,mysql_native_password 使用的是于 SHA1 算法,NIST(美国国家标准与技术研究院)在很早之前就已建议停止使用 SHA1 算法,因为 SHA1 和其他哈希算法(例如 MD5)容易被破解。

其实从 MySQL 5.6 开始就引入了更安全的认证机制:ha256_password 认证插件。它使用一个加盐密码(salted password)进行多轮 SHA256 哈希(数千轮哈希,暴力破解更难),以确保哈希值转换更安全。但是,建立安全连接和多轮 hash 加密很耗费时间。虽然安全性更高,但是验证速度不够快。

改进

MySQL 试图结合二者的优点。于是在 MySQL-8.0.3 引入了一个新的身份验证插件 caching_sha2_password ,作为sha256_password的代替方案,在sha256_password 的基础上进行了改进补上了短板,既解决安全性问题又解决性能问题。与此同时 sha256_password将退出时代的浪潮。MySQL 预计在未来版本中将其删除。使用 sha256_password 进行身份验证的 MySQL 账户建议转为 caching_sha2_password

结果

因为默认身份验证机制的更改,大家在使用 MySQL 8.0 时候出现了很多相关的问题。网上的大部分教程都是教人改回mysql_native_password验证方式 mysql_native_password。但是笔者认为,MySQL 更改默认插件是为了更好的安全性考虑。如果有 MySQL 服务要公网上使用,建议还是尽量使用 caching_sha2_password作为认证插件。

示例:使用旧版本客户端连接时报错:

具体机制分析

mysql_native_password

mysql_native_password 作为 MySQL 5.6/5.7 的默认密码插件 。其优点是它支持 challenge-response (挑战应答方式),这是非常快的验证机制,无需在网络中发送实际密码,并且不需要加密的连接。

客户端连接MySQL实例时,首先需要从服务器端获得一个20字节的随机数。

此外,mysql_native_password 使用了新的哈希算法进行认证校验。对于用户的原始密码,通过SHA1(SHA1(password))两次哈希计算结果保存在 mysql.user 表的 authentication_string 列中。其中用户密码通过哈希计算后保存,没有加盐(salt)。

通过上述这样的处理,MySQL数据库本身已然非常安全。然而,随着时间的推移,目前存在以下两种潜在风险:

  • SHA1哈希算法也已经变得比较容易破解。
  • 相同的密码拥有相同的哈希值。

SHA1、MD5等之前的哈希算法都已然不再安全,更为安全的SHA256、SHA512哈希算法也已推出。作为数据存储最终承载者,应该使用更新的加密机制机制。

caching_sha2_password

在cache_sha2_password密码认证机制下,其改进如下所示:

  • 保存在 authentication_string 中的哈希值为加盐后的值,即使两个不同用户的密码相同,保存在计算机中的哈希值也不同。
  • 哈希算法升级为了更为安全SHA256算法。
  • 哈希算法的 round 次数从原来的两次,提升为了5000次,round次数越多,每次计算哈希值的代价越大,破解难度也就越大。
  • 用TLS的加密或RSA密钥传输方式从客户端将密码传送到服务端。

caching_sha2_password 通讯过程解析

  1. 对于大多数连接尝试,当密码的哈希值有缓存在内存中时,它的验证是基于 SHA256 的challenge-response机制(与 mysql_native_password 中基于 SHA1 的challenge-response机制相比更快),下图演示了在有哈希缓存时的验证流程。

图片 challenge-response 的认证模式

从图中我们看到,客户端对密码进行多重哈希加密生成 Scramble 发送给服务端, 服务端检查内存的缓存(memory cache)中是否存在该条目。当值在缓存中存在证明本次连接合法,服务器会告诉客户端快速认证成功:发送 fast_auth_success 包到客户端,并且发送确认报文。然后服务器就可以和客户端正常通信了。

  1. 当没有这种缓存时,caching_sha2_password 需要使用安全连接(SSL/STL)进行密码交换。考虑到用户更改和 FLUSH PRIVILEGES 操作频率比较低,所以在大多数情况下,使用的都是基于challenge-response的身份验证,不用建立安全连接。这省去了建立安全连接需要耗费的资源。下图总结了完整的验证流程。

图片

从图中我们看到,服务器在收到 Scramble 后,发现缓存中没有对应的值,服务器会告诉客户端,要建立安全连接使用完整的身份验证流程:发送 perform_full_authentication 包到客户端,之后客户端接收服务器的公钥(公钥文件如果已存在就省去这个步骤)。如果安全连接(SSL/STL)已经建立基于 ,则可以直接发送明文密码到服务端。如果没有安全连接,客户端就会 向服务端发起获取公钥的请求(或者指定服务端公钥文件),使用公钥加密密码,发送到服务端。服务器通过 SHA256 算法计算得到哈希值,判断是否用户认证通过,通过则发送 OK 包到客户端。然后服务器就可以和客户端正常通信了。

这里详细解释一下 RSA 非对称加密的通信过程:

首先先明确一个概念:非对称加密算法中,有两个密钥:公钥和私钥。如果用公钥进行加密,只有对应的私钥才能解密;反之亦然。

RSA 密钥交换过程:

1.服务器生成一对密钥并将公钥向其他方公开(以明文发送给客户端)。

2.客户端使用服务器的公钥对密码进行加密后发送给服务器。

3.服务器用对应的私钥对加密信息进行解密。

因为客户端用公钥加密的信息只能用服务器的私钥解密,所以这个连接过程可以视为加密通信。

图片

需要注意的地方

默认身份验证插件的更改意味着:

在 MySQL 8.0.4 之后创建的所有新用户将默认使用 caching_sha2_password 作为身份验证插件。

libmysqlclient 默认使用 caching_sha2_password,可以通过手动修改切换到其他的身份验证插件。

使用 caching_sha2_password 插件的客户端,连接到服务器时,不会使用名为密码。密码传输是如何进行的取决于是否使用安全连接或 RSA 对密码加密:

  • 如果连接是安全的,可以不使用 RSA 密钥。适用于使用 TLS 加密的 TCP 连接,以及 Unix 套接字文件和共享内存连接。密码以明文格式发送,但不能被窃听,因为连接是安全的。
  • 如果连接不是安全的,可以使用 RSA 密钥对。适用于未使用 TLS 加密的 TCP 连接和 named-pipe 连接。RSA 仅用于客户端和服务器之间的密码交换,防止密码被截取。当服务器接收到使用公钥加密的密码后,它使用私钥解密。一个随机字符串用在加密中,防止重放攻击(repeat attacks)。

在 MySQL 8.0.3 以上版本中。默认自动完成 RSA 密钥对进行密码交换。

关于主从复制

如果用于复制的用户使用了 caching_sha2_password身份验证插件,并且没有启用安全连接( 在group_replication_recovery 启用SSL支持),MySQL 将使用 RSA 密钥对进行密码的交换,可以把主节点的公钥手动拷贝到从节点的服务器中,也可以设置成:自动为请求加入组的节点提供公钥。

复制本身是支持加密的连接。在 MySQL 8.0.4中,添加了复制对 RSA 加密的支持。

  • CHANGE MASTER 可以通过以下个参数来启用基于 caching_sha2_password RSA 密钥来交换密码:

  • Group Replication 可以通过以下个参数来启用基于 caching_sha2_password RSA 密钥来交换密码:

数据库升级

数据库升级到 MySQL 8.0.4 会怎样?

在升级之前创建的用户,身份认证插件不会更改。在升级之后创建的用户默认使用 aching_sha2_password身份验证插件。除非使用 --default-authentication-plugin 手动指定认证插件插件。因为不会更改升级前已有用户。因此,使用升级后依然可以用旧版本的客户端连接这些用户。

相应地,libmysqlclient 支持 mysql_options() C API函数的 MYSQL_DEFAULT_AUTH 选项。(对于 MySQL 包中可用的基于 libmysqlclient 的客户端工具,可以用 ––default-auth 命令行选项达到相同的目的。)

建议使用 cache_sha2_password 因为它更安全。并且升级 libmysqlclient 到 MySQL 8.0.4 或更高版本,以便支持新的身份验证插件。

参考

https://mp.weixin.qq.com/s/RE0lExvrljHdpqdi-ZG_VA

[MySQL 8.0.4 : New Default Authentication Plugin] caching_sha2_password]https://dev.mysql.com/blog-archive/mysql-8-0-4-new-default-authentication-plugin-caching_sha2_password

[得物技术浅谈MySQL 8.0:新的身份验证插件] https://segmentfault.com/a/1190000040733952

[MySQL 8.0密码认证机制升级,不知道可能导致业务不可用!!] https://mp.weixin.qq.com/s/jfoH6D8NfoaNN7eexbzKGA

[组复制安装部署 | 全方位认识 MySQL 8.0 Group Replication] https://mp.weixin.qq.com/s/sydu0alXDECcHm5GNMvtdA

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