Nodejs實戰系列：數據加密與crypto模塊

時間 2020-02-11

標籤 nodejs 實戰系列數據加密 crypto 模塊简体版

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博客地址：《NodeJS模塊研究 - crypto》
Github ：https://github.com/dongyuanxin/blogjavascript

nodejs 中的 crypto 模塊提供了各類各樣加密算法的 API。這篇文章記錄了經常使用加密算法的種類、特色、用途和代碼實現。其中涉及算法較多，應用面較廣，每類算法都有本身適用的場景。爲了使行文流暢，列出了本文記錄的幾類經常使用算法：html

內容摘要：散列(Hash)算法
內容摘要：HMac 算法
內容加解密：對稱加密(AES)與非對稱加密解密(RSA)
內容簽名：簽名和驗證算法

散列(Hash)算法

散列函數（英語：Hash function）又稱散列算法、哈希函數，是一種從任何一種數據中建立小的數字「指紋」的方法。基本原理是將任意長度數據輸入，最後輸出固定長度的結果。前端

hash 算法具備如下特色：java

不能從 hash 值倒推原數據
不一樣的輸入，會有不一樣的輸出
好的 hash 算法衝突機率更低

正由於 hash 算法的這些特色，所以 hash 算法主要用於：加密、數據檢驗、版本標識、負載均衡、分佈式（一致性 hash）。node

下面實現了一個獲取文件標識的函數：git

const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");

function getFileHash(file, algorithm) {
    if (!crypto.getHashes().includes(algorithm)) {
        throw new Error("不支持此哈希函數");
    }

    return new Promise(resolve => {
        const hash = crypto.createHash(algorithm);

        const rs = fs.createReadStream(file);
        rs.on("readable", () => {
            const data = rs.read();
            if (data) {
                hash.update(data);
            }
        });
        rs.on("end", () => {
            resolve(hash.digest("hex"));
        });
    });
}

// 用法：獲取文件md5
getFileHash("./db.json", "md5").then(val => {
    console.log(val);
});

HMac 算法

攻擊者能夠藉助「彩虹表」來破解哈希表。應對彩虹表的方法，是給密碼加鹽值（salt），將 pwd 和 salt 一塊兒計算 hash 值。其中，salt 是隨機生成的，越長越好，而且須要和用戶名、密碼對應保存在數據表中。github

雖然經過加鹽，實現了哈希長度擴展，可是攻擊者經過提交密碼和哈希值也能夠破解攻擊。服務器會把提交的密碼和 salt 構成字符串，而後和提交的哈希值對比。若是系統不能提交哈希值，不會受到此類攻擊。算法

顯然，沒有絕對安全的方法。可是不推薦使用密碼加鹽，而是 HMac 算法。它可使用任意的 Hash 函數，例如 md5 => HmacMD五、sha1 => HmacSHA1。shell

下面是利用 Hmac 實現加密數據的函數：json

const crypto = require("crypto");

function encryptData(data, key, algorithm) {
    if (!crypto.getHashes().includes(algorithm)) {
        throw new Error("不支持此哈希函數");
    }

    const hmac = crypto.createHmac(algorithm, key);
    hmac.update(data);
    return hmac.digest("hex");
}

// output: 30267bcf2a476abaa9b9a87dd39a1f8d6906d1180451abdcb8145b384b9f76a5
console.log(encryptData("root", "7(23y*&745^%I", "sha256"));

對稱加密(AES)與非對稱加密解密(RSA)

有不少數據須要加密存儲，而且須要解密後進行使用。這和前面不可逆的哈希函數不一樣。此類算法一共分爲兩類：

對稱加密(AES)：加密和解密使用同一個密鑰
非對稱加密解密(RSA)：公鑰加密，私鑰解密

對稱加密(AES)

查看 nodejs 支持的全部加密算法：

crypto.getCiphers();

Nodejs 提供了 Cipher 類和 Decipher 類，分別用於加密和解密。二者都繼承 Transfrom Stream，API 的使用方法和哈希函數的 API 使用方法相似。

下面是用 aes-256-cbc 算法對明文進行加密：

const crypto = require("crypto");

const secret = crypto.randomBytes(32); // 密鑰
const content = "hello world!"; // 要加密的明文

const cipher = crypto.createCipheriv(
    "aes-256-cbc",
    secret,
    Buffer.alloc(16, 0)
);
cipher.update(content, "utf8");
// 加密後的結果：e2a927165757acc609a89c093d8e3af5
console.log(cipher.final("hex"));

注意：在使用加密算法的時候，給定的密鑰長度是有要求的，不然會爆出this[kHandle].initiv(cipher, credential, iv, authTagLength); Error: Invalid key length...的錯誤。以 aes-256-cbc 算法爲例，須要 256 bits = 32 bytes 大小的密鑰。一樣地，AES 的 IV 也是有要求的，須要 128bits。（請參考「參考連接」部分）

使用 32 個連續I做爲密鑰，用 aes-256-cbc 加密後的結果是 a061e67f5643d948418fdb150745f24d。下面是逆向解密的過程：

const secret = "I".repeat(32);
const decipher = crypto.createDecipheriv(
    "aes-256-cbc",
    secret,
    Buffer.alloc(16, 0)
);
decipher.update("a061e67f5643d948418fdb150745f24d", "hex");
console.log(decipher.final("utf8")); // 解密後的結果：hello world!

非對稱加密解密(RSA)

藉助 openssl 生成私鑰和公鑰：

# 生成私鑰
openssl genrsa -out privatekey.pem 1024
# 生成公鑰
openssl rsa -in privatekey.pem -pubout -out publickey.pem

對 hello world! 加密和解密的代碼以下：

const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");

const privateKey = fs.readFileSync("./privatekey.pem");
const publicKey = fs.readFileSync("./publickey.pem");

const content = "hello world!"; // 待加密的明文內容

// 公鑰加密
const encodeData = crypto.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from(content));
console.log(encodeData.toString("base64"));
// 私鑰解密
const decodeData = crypto.privateDecrypt(privateKey, encodeData);
console.log(decodeData.toString("utf8"));

簽名和驗證算法

除了不可逆的哈希算法、數據加密算法，還有專門用於簽名和驗證的算法。這裏也須要用 openssl 生成公鑰和私鑰。

代碼示範以下：

const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");
const assert = require("assert");

const privateKey = fs.readFileSync("./privatekey.pem");
const publicKey = fs.readFileSync("./publickey.pem");

const data = "傳輸的數據";

// 第一步：用私鑰對傳輸的數據，生成對應的簽名
const sign = crypto.createSign("sha256");
// 添加數據
sign.update(data, "utf8");
sign.end();
// 根據私鑰，生成簽名
const signature = sign.sign(privateKey, "hex");

// 第二步：藉助公鑰驗證簽名的準確性
const verify = crypto.createVerify("sha256");
verify.update(data, "utf8");
verify.end();
assert.ok(verify.verify(publicKey, signature, "hex"));

從前面這段代碼能夠看到，利用私鑰進行加密，獲得簽名值；最後利用公鑰進行驗證。