SM3 密码哈希实战：PBKDF2-SM3 vs Argon2 性能对比与选型指南

"""
PBKDF2-SM3 密码哈希实现
基于 gmssl 库
"""
import hashlib
from gmssl.sm3 import sm3_hash
from gmssl.func import bytes_to_list
import os

def pbkdf2_sm3(password: str, salt: bytes, iterations: int = 100000, key_length: int = 32) -> bytes:
    """
    使用 PBKDF2-SM3 派生密钥
    
    注意：Python 标准库 hashlib 不支持 SM3，此函数仅演示原理。
    生产环境需使用 Tongsuo/BabaSSL 等支持国密算法的密码库。
    
    Args:
        password: 密码明文
        salt: 盐值（建议 16 字节以上）
        iterations: 迭代次数
        key_length: 输出密钥长度（字节）
    
    Returns:
        派生密钥（bytes）
    """
    # 将密码转为字节
    password_bytes = password.encode('utf-8')
    
    # 演示：使用 SHA-256 作为替代（非合规实现）
    # 实际国密场景应使用支持 SM3 的库如 Tongsuo
    derived = hashlib.pbkdf2_hmac(
        'sha256',      # 演示用 SHA-256，生产环境应替换为 SM3
        password_bytes,
        salt,
        iterations,
        dklen=key_length
    )
    return derived

def hash_password(password: str) -> tuple:
    """
    对密码进行哈希（用于注册）
    
    Returns:
        (hash_value, salt, iterations)
    """
    salt = os.urandom(32)  # 32 字节随机盐
    iterations = 100000
    
    # 实际实现应调用支持 SM3 的库
    # 这里用伪代码示意
    hash_value = pbkdf2_sm3(password, salt, iterations)
    
    return hash_value.hex(), salt.hex(), iterations

def verify_password(password: str, stored_hash: str, salt_hex: str, iterations: int) -> bool:
    """
    验证密码（用于登录）
    
    Returns:
        True 表示密码正确
    """
    salt = bytes.fromhex(salt_hex)
    derived = pbkdf2_sm3(password, salt, iterations)
    computed_hash = derived.hex()
    
    # 使用常量时间比较防止时序攻击
    import hmac
    return hmac.compare_digest(bytes.fromhex(computed_hash), bytes.fromhex(stored_hash))

# 测试
if __name__ == '__main__':
    # 注册
    pwd_hash, salt, iters = hash_password("MySecureP@ss123")
    print(f"哈希值: {pwd_hash}")
    print(f"盐值: {salt}")
    print(f"迭代次数: {iters}")
    
    # 登录验证
    is_valid = verify_password("MySecureP@ss123", pwd_hash, salt, iters)
    print(f"密码验证结果: {is_valid}")  # True
    
    is_valid_wrong = verify_password("WrongPassword", pwd_hash, salt, iters)
    print(f"错误密码验证: {is_valid_wrong}")  # False

import time

def benchmark_pbkdf2_sm3():
    """PBKDF2-SM3 性能基准"""
    password = "TestPassword123"
    salt = os.urandom(32)
    
    start = time.perf_counter()
    for _ in range(10):
        pbkdf2_sm3(password, salt, 100000)
    elapsed = time.perf_counter() - start
    
    avg_ms = (elapsed / 10) * 1000
    print(f"PBKDF2-SM3 平均耗时: {avg_ms:.2f} ms/次")
    return avg_ms

if __name__ == '__main__':
    benchmark_pbkdf2_sm3()

"""
Argon2 密码哈希实现
使用 passlib 库
"""
from passlib.hash import argon2
import os

def hash_password_argon2(password: str) -> str:
    """
    使用 Argon2id 哈希密码
    
    参数:
        password: 密码明文
    
    返回:
        完整的 Argon2 哈希字符串
    """
    # Argon2id 默认参数（适合大多数场景）
    # time_cost=3, memory_cost=65536, parallelism=4
    hashed = argon2.using(rounds=3, memory_cost=65536, parallelism=4).hash(password)
    return hashed

def verify_password_argon2(password: str, stored_hash: str) -> bool:
    """
    验证 Argon2 哈希
    
    Returns:
        True 表示密码正确
    """
    try:
        return argon2.verify(password, stored_hash)
    except argon2.exceptions.VerifyMismatchError:
        return False

# 测试
if __name__ == '__main__':
    pwd = "MySecureP@ss123"
    
    # 注册
    hashed = hash_password_argon2(pwd)
    print(f"Argon2 哈希: {hashed}")
    
    # 验证
    print(f"验证正确密码: {verify_password_argon2(pwd, hashed)}")  # True
    print(f"验证错误密码: {verify_password_argon2('Wrong', hashed)}")  # False

import time

def benchmark_argon2():
    """Argon2 性能基准"""
    password = "TestPassword123"
    
    start = time.perf_counter()
    for _ in range(10):
        hash_password_argon2(password)
    elapsed = time.perf_counter() - start
    
    avg_ms = (elapsed / 10) * 1000
    print(f"Argon2id 平均耗时: {avg_ms:.2f} ms/次")
    return avg_ms

if __name__ == '__main__':
    benchmark_argon2()

你的场景是？
    │
    ├─ 国密合规要求（等保、密评）
    │   └─ 选 PBKDF2-SM3 ✅
    │      理由：SM3 是国密标准算法，符合 GM/T 0054-2018 要求
    │
    └─ 无国密要求，追求最高安全性
        ├─ 高安全敏感场景（金融、政务核心）
        │   └─ 选 Argon2id ✅
        │      理由：抗 ASIC/GPU 攻击能力最强
        │
        └─ 一般 Web 应用
            ├─ 资源受限（移动端、IoT）
            │   └─ 选 PBKDF2-SM3 ✅
            │      理由：内存占用低，性能更优
            │
            └─ 资源充足
                └─ 选 Argon2id ✅
                   理由：安全性更强