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HashCracker (HIP)

Parallel SHA-256 Brute Force & Dictionary (salted) Password Cracker

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Progetto per il corso di Sistemi di Elaborazione Accelerata della facoltà di Ingegneria Informatica Magistrale di UniBo. Applicazione parallela per il cracking di password tramite attacco Brute Force su hash SHA-256 (anche salted) e attacco a dizionario, con confronto prestazionale tra implementazione Sequenziale (CPU) e Parallela (HIP per GPU AMD).

📝 Descrizione

Il progetto implementa un cracker di password che supporta diverse modalità di attacco per invertire hash SHA-256. L'obiettivo principale è dimostrare lo speedup ottenibile passando da un'esecuzione seriale su CPU a un'esecuzione massivamente parallela su GPU AMD in questo caso.

⚙️ Funzionalità

  • Brute Force Incrementale: Generazione dinamica di password dato un charset e un range di lunghezza (min-max).
  • Attacco a Dizionario: Supporto per wordlist esterne.
  • Supporto Salt: Gestione di hash saltati (Brute Force e attacco a dizionario).
  • Multi-Platform: Codice nativo CUDA per NVIDIA e script di porting semi-automatico per AMD HIP.

📂 Struttura del Progetto

  • Sequenziale/: Implementazione sequenziale di riferimento (usa OpenSSL).
  • HIP_NAIVE/: Prima implementazione GPU (uso memoria globale).
  • HIPv1/: Ottimizzazione memoria (uso Constant Memory per charset e target).
  • HIPv2/: Ottimizzazione kernel (loop unrolling, register optimization per SHA-256).
  • UTILS/: Funzioni di supporto (I/O file, parsing argomenti).
  • SHA256_HIP/: implementazione HIP per SHA256, basata sull'implementazione di mochimodev.
  • SHA256_HIP_OPT/: implementazione HIP ottimizzata per SHA256 (usato da HIPv2 ed estensione).
  • ESTENSIONE/: contiene l'implementazione delle'estensione del progetto, ossia l'attacco a dizionario e l'hash cracking con salt.
  • convert_to_hip.ps1: Script PowerShell per il porting semi-automatico su AMD ROCm/HIP (e guida alle rimanenti operazioni per il porting).
  • kernel_[versione_progetto].cu: file per eseguire la corrispondente versione. Tutte le versioni HIP[versione_progetto] (eseguite dai rispettivi file kernel) hanno come dipendenza i file di UTILS e SHA256_HIP, ad eccezione della v2 che usa SHA256_HIP_OPT (versione ottimizzata) invece di SHA256_HIP. Nota che l'implementazione HIP é sostanzialmente analoga a quella CUDA riportata nella repository HashCracker-CUDA.

Lo script di porting si occupa di tradurre opportunamente le funzioni, i tipi e importare o rimuovere le librerie, oltre che convertire ad esempio gli import con i doppo apici in parentesi angolari. I file vengono sovrascritti e rinominati, ma la struttura progettuale resta la medesima. I file di questa repository sono i risultato proprio di questa conversione e di un porting manuale rifinito (aggiunta di extern C ai kernel, correzione spaziatura invocazione thread e poco altro).

🛠️ Requisiti

  • Hardware:

    • GPU AMD

  • Software:

    • OpenSSL (per l'implementazione CPU)
    • Compilatore C++ (MSVC su Windows, GCC/Clang su Linux)
    • PowerShell (per lo script di porting)
    • ROCm (per compilare con hipcc e per l'ambiente AMD).

🚀 Compilazione

AMD HIP (Porting)

Il progetto include uno script per convertire automaticamente il codice CUDA in HIP.

  1. Conversione degli script con il nostro script di porting o con AMD hipify. Usando il nostro script (a scopo educativo):
    1. Eseguire lo script powershell. 
      .\convert_to_hip.ps1
    2. Controllo manuale:
      1. Tutti i kernel devono essere lanciati con la sintassi con la tripla parentesi angolare senza spazi (esempio kernel <<< block, thread >>> (args)).
      2. Le funzioni kernel devono essere __global__ ed extern "C" {} (sia in .cu che in .cuh).
      3. Controllare gli errori di compilazione.
  2. Compilazione con hipcc (esempio per Windows): 
       hipcc -fgpu-rdc -O3 -std=c++14 --offload-arch=native `
     kernel_estensione.cu `
     ESTENSIONE/DIZIONARIO/hip_dizionario.cu `
     ESTENSIONE/SALT/hip_salt.cu `
     SHA256_HIP/sha256.cu `
     UTILS/hip_utils.cu `
     UTILS/utils.cpp `
     -I. -I./ESTENSIONE/DIZIONARIO -I./ESTENSIONE/SALT -I./SHA256_HIP -I./UTILS `
     -I"D:\OpenSSL-Win64\include" `
     -L"D:\OpenSSL-Win64\lib\VC\x64\MTd" `
     -l libcrypto.lib `
     -D_CRT_SECURE_NO_WARNINGS `
     -o estensione_amd.exe
    (cambiare i nomi dei file e delle dipendenze in base alla versione da compilare)

💻 Utilizzo

Il programma accetta i parametri da riga di comando per la massima flessibilità:

./brute_force_cuda [<blockSize>] <hash_target> <min_len> <max_len> <file_charset> [<salt> <dizionario-si/no> <file_dizionario>]

La blockSize va passata sempre e solo negli script paralleli su gpu (sia CUDA che HIP).
Il dizionario (flag e file path) e salt vanno passati solo negli script estensione.
Nota: nella versione estensione max_len comprende la lunghezza del salt.

Esempio:
Cercare la password dell'hash (corrispondente a "qwerty") con lunghezza 6, usando il charset standard:

./brute_force_cuda 256 qwerty 1 6 ASSETS/CharSet.txt

📊 Analisi delle Performance

I test sono stati condotti su:

  • desktop con Ryzen 9 9900X e RX 9070XT

Approfondimento Tecnico: Analisi

L'algoritmo SHA-256 è fortemente Compute-Bound. L'implementazione v2 utilizza pesantemente i registri per mantenere lo stato dell'hash ed evitare latenze di memoria locale/globale. Sebbene l'alto numero di registri (118) limiti il numero di warp attivi (bassa occupancy), la velocità di esecuzione del singolo thread aumenta drasticamente. In questo scenario, massimizzare l'IPC (Instructions Per Cycle) si è rivelato più efficace che massimizzare il parallelismo a livello di latenza (Occupancy).

Inoltre, l'utilizzo di dimensioni del blocco minori (64/128 thread) ha portato a performance migliori rispetto ai classici 256, grazie a una migliore gestione della Tail Effect (quantizzazione delle wave) e minore overhead di scheduling.

L'implementazione dell'estensione ha sostanzialmente le stesse prestazioni della v2 (in quanto utilizza praticamente il metesimo codice), con l'aggiunta che per l'attacco a dizionario, il tempo in caso di hit é certamente inferiore a testare tutte le combinazioni.

👥 Autori

📜 Licenza

Questo progetto è distribuito sotto licenza AGPL. Vedi il file LICENSE per i dettagli.