破解密碼背後的技術引擎：雜湊演算法與 GPU 加速應用

破解速度的真相：GPU 加速與密碼雜湊演算法解析

密碼破解的基本原理

密碼破解是一種試圖從雜湊值中還原出原始密碼的過程。在大多數系統中，密碼不會明文儲存，而是經過雜湊（Hash）處理後存入資料庫中。

軟體程序員若取得這些雜湊值（通常透過資料外洩、SQL Injection 等手段），就可以使用各種技術嘗試還原出密碼本身。

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常見的破解方法包括：

• 暴力破解（Brute-force）： 全字元組合逐一嘗試

• 字典攻擊（Dictionary Attack）： 使用已知密碼清單快速匹配

• 雜湊對照（Rainbow Tables）： 使用預先計算好的雜湊值查表匹配

這些方法的效率高度依賴於硬體性能與雜湊演算法本身的特性。

雜湊演算法的效率差異

雜湊演算法的設計對破解速度有著直接影響。以下是幾種常見雜湊演算法的特性比較：

早期演算法（如 MD5, SHA-1）在設計時追求速度，這反而成為密碼破解者的利器。軟體程序員可在極短時間內計算數十億筆雜湊值。相反地，bcrypt、scrypt、Argon2 等現代演算法則特意「拖慢」處理速度，並強化記憶體運算，以抵抗現代硬體的暴力計算。

為何 GPU 對破解速度有革命性提升？

GPU（圖形處理器）原本設計用於圖像渲染，但由於其具有大量平行運算單元，特別適合執行大量簡單重複的計算 — — 這正是雜湊破解的需求。

與 CPU 相比，GPU 在密碼破解上的優勢如下：

• 大量平行核心（CUDA 或 OpenCL）： 可同時跑上千組密碼測試

• 高頻率記憶體存取： 對應快速運算的資料交換

• 優化指令集支援： 對特定演算法的硬體優化（如 SHA 指令）

以一張 NVIDIA RTX 4090 為例，使用 Hashcat 進行 SHA-1 破解時，每秒可處理數十億次雜湊，遠勝一般 CPU 效能。

破解工具中的 GPU 加速應用實例

最常用的破解工具如 Hashcat 和 John the Ripper 均支援 GPU 加速：

• Hashcat： 開源高速破解工具，支援上百種雜湊格式，可配合 CUDA（NVIDIA）與 OpenCL（AMD）

• John the Ripper： 原生以 CPU 為主，但也有支援 GPU 的「Jumbo 版本」

這些工具通常允許自訂攻擊模式（暴力、規則、混合攻擊）並支援載入 GPU 驅動以極大化效能。以下是範例指令：

hashcat -m 100 -a 3 hashes.txt ?l?l?l?l?l?l?l

這段命令會使用模式代號 -m 100（SHA1），並以暴力模式 -a 3 嘗試 7 位小寫字母組合。

GPU vs 雜湊演算法：一場持久的軍備競賽

雜湊演算法與 GPU 破解能力之間，形成了一種「攻守不斷進化」的局勢。為對抗 GPU 提速，資安設計者提出：

• Key Stretching（拉長密碼處理時間）： bcrypt 的 cost factor

• 記憶體困難（Memory Hardness）： scrypt 與 Argon2 的核心特性

• 隨機參數（Salt）： 避免雜湊值重複與彩虹表攻擊

對於企業與開發者來說，選擇正確的雜湊演算法、設定適當參數，是保護密碼安全的第一步。而對於駭客與滲透測試人員而言，理解這些演算法與硬體限制，則是提效與判斷目標可行性的基礎。

破解速度背後的關鍵，不只是硬體

密碼破解的速度並不僅取決於 GPU 有多強大，更與雜湊演算法本身的設計緊密相關。從 MD5 到 Argon2，從單核 CPU 到數千核心 GPU，這場在密碼安全與破解效率間的博弈，仍在持續演進。

對資安研究者與開發者而言，理解這背後的技術邏輯，是抵禦風險的第一步；對程序員而言，這些知識則是高效率攻擊的基礎工具。

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