單向加密 · eggAPI

### crypto 單向數據加密 crypto模塊的目的是為了提供通用的加密和哈希算法。用純JavaScript代碼實現這些功能不是不可能，但速度會非常慢。Nodejs用C/C++實現這些算法后，通過cypto這個模塊暴露為JavaScript接口，這樣用起來方便，運行速度也快。 ### MD5和SHA1 MD5是一種常用的哈希算法，用于給任意數據一個“簽名”。這個簽名通常用一個十六進制的字符串表示： ~~~ const crypto = require('crypto'); const hash = crypto.createHash('md5'); // 可任意多次調用update(): hash.update('Hello, world!'); hash.update('Hello, nodejs!'); console.log(hash.digest('hex')); // 7e1977739c748beac0c0fd14fd26a544 ~~~ `update()`方法默認字符串編碼為`UTF-8`，也可以傳入Buffer。如果要計算SHA1，只需要把`'md5'`改成`'sha1'`，就可以得到SHA1的結果`1f32b9c9932c02227819a4151feed43e131aca40`。還可以使用更安全的`sha256`和`sha512`。 ### Hmac Hmac算法也是一種哈希算法，它可以利用MD5或SHA1等哈希算法。不同的是，Hmac還需要一個密鑰： ~~~ const crypto = require('crypto'); const hmac = crypto.createHmac('sha256', 'secret-key'); hmac.update('Hello, world!'); hmac.update('Hello, nodejs!'); console.log(hmac.digest('hex')); // 80f7e22570... ~~~ 只要密鑰發生了變化，那么同樣的輸入數據也會得到不同的簽名，因此，可以把Hmac理解為用隨機數“增強”的哈希算法。 ### AES AES是一種常用的對稱加密算法，加解密都用同一個密鑰。crypto模塊提供了AES支持，但是需要自己封裝好函數，便于使用： ~~~ const crypto = require('crypto'); function aesEncrypt(data, key) { const cipher = crypto.createCipher('aes192', key); var crypted = cipher.update(data, 'utf8', 'hex'); crypted += cipher.final('hex'); return crypted; } function aesDecrypt(encrypted, key) { const decipher = crypto.createDecipher('aes192', key); var decrypted = decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8'); decrypted += decipher.final('utf8'); return decrypted; } var data = 'Hello, this is a secret message!'; var key = 'Password!'; var encrypted = aesEncrypt(data, key); var decrypted = aesDecrypt(encrypted, key); console.log('Plain text: ' + data); console.log('Encrypted text: ' + encrypted); console.log('Decrypted text: ' + decrypted); ~~~ 運行結果如下： ~~~ Plain text: Hello, this is a secret message! Encrypted text: 8a944d97bdabc157a5b7a40cb180e7... Decrypted text: Hello, this is a secret message! ~~~ 可以看出，加密后的字符串通過解密又得到了原始內容。注意到AES有很多不同的算法，如`aes192`，`aes-128-ecb`，`aes-256-cbc`等，AES除了密鑰外還可以指定IV（Initial Vector），不同的系統只要IV不同，用相同的密鑰加密相同的數據得到的加密結果也是不同的。加密結果通常有兩種表示方法：hex和base64，這些功能Nodejs全部都支持，但是在應用中要注意，如果加解密雙方一方用Nodejs，另一方用Java、PHP等其它語言，需要仔細測試。如果無法正確解密，要確認雙方是否遵循同樣的AES算法，字符串密鑰和IV是否相同，加密后的數據是否統一為hex或base64格式。 ### Diffie-Hellman DH算法是一種密鑰交換協議，它可以讓雙方在不泄漏密鑰的情況下協商出一個密鑰來。DH算法基于數學原理，比如小明和小紅想要協商一個密鑰，可以這么做： 1. 小明先選一個素數和一個底數，例如，素數`p=23`，底數`g=5`（底數可以任選），再選擇一個秘密整數`a=6`，計算`A=g^a mod p=8`，然后大聲告訴小紅：`p=23，g=5，A=8`； 2. 小紅收到小明發來的`p`，`g`，`A`后，也選一個秘密整數`b=15`，然后計算`B=g^b mod p=19`，并大聲告訴小明：`B=19`； 3. 小明自己計算出`s=B^a mod p=2`，小紅也自己計算出`s=A^b mod p=2`，因此，最終協商的密鑰`s`為`2`。在這個過程中，密鑰`2`并不是小明告訴小紅的，也不是小紅告訴小明的，而是雙方協商計算出來的。第三方只能知道`p=23`，`g=5`，`A=8`，`B=19`，由于不知道雙方選的秘密整數`a=6`和`b=15`，因此無法計算出密鑰`2`。用crypto模塊實現DH算法如下： ~~~ const crypto = require('crypto'); // xiaoming's keys: var ming = crypto.createDiffieHellman(512); var ming_keys = ming.generateKeys(); var prime = ming.getPrime(); var generator = ming.getGenerator(); console.log('Prime: ' + prime.toString('hex')); console.log('Generator: ' + generator.toString('hex')); // xiaohong's keys: var hong = crypto.createDiffieHellman(prime, generator); var hong_keys = hong.generateKeys(); // exchange and generate secret: var ming_secret = ming.computeSecret(hong_keys); var hong_secret = hong.computeSecret(ming_keys); // print secret: console.log('Secret of Xiao Ming: ' + ming_secret.toString('hex')); console.log('Secret of Xiao Hong: ' + hong_secret.toString('hex')); ~~~ 運行后，可以得到如下輸出： ~~~ $ node dh.js Prime: a8224c...deead3 Generator: 02 Secret of Xiao Ming: 695308...d519be Secret of Xiao Hong: 695308...d519be ~~~ 注意每次輸出都不一樣，因為素數的選擇是隨機的。 ### RSA RSA算法是一種非對稱加密算法，即由一個私鑰和一個公鑰構成的密鑰對，通過私鑰加密，公鑰解密，或者通過公鑰加密，私鑰解密。其中，公鑰可以公開，私鑰必須保密。 RSA算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman共同提出的，所以以他們三人的姓氏的頭字母命名。當小明給小紅發送信息時，可以用小明自己的私鑰加密，小紅用小明的公鑰解密，也可以用小紅的公鑰加密，小紅用她自己的私鑰解密，這就是非對稱加密。相比對稱加密，非對稱加密只需要每個人各自持有自己的私鑰，同時公開自己的公鑰，不需要像AES那樣由兩個人共享同一個密鑰。在使用Node進行RSA加密前，我們先要準備好私鑰和公鑰。首先，在命令行執行以下命令以生成一個RSA密鑰對： ~~~ openssl genrsa -aes256 -out rsa-key.pem 2048 ~~~ 根據提示輸入密碼，這個密碼是用來加密RSA密鑰的，加密方式指定為AES256，生成的RSA的密鑰長度是2048位。執行成功后，我們獲得了加密的`rsa-key.pem`文件。第二步，通過上面的`rsa-key.pem`加密文件，我們可以導出原始的私鑰，命令如下： ~~~ openssl rsa -in rsa-key.pem -outform PEM -out rsa-prv.pem ~~~ 輸入第一步的密碼，我們獲得了解密后的私鑰。類似的，我們用下面的命令導出原始的公鑰： ~~~ openssl rsa -in rsa-key.pem -outform PEM -pubout -out rsa-pub.pem ~~~ 這樣，我們就準備好了原始私鑰文件`rsa-prv.pem`和原始公鑰文件`rsa-pub.pem`，編碼格式均為PEM。下面，使用`crypto`模塊提供的方法，即可實現非對稱加解密。首先，我們用私鑰加密，公鑰解密： ~~~ const fs = require('fs'), crypto = require('crypto'); // 從文件加載key: function loadKey(file) { // key實際上就是PEM編碼的字符串: return fs.readFileSync(file, 'utf8'); } let prvKey = loadKey('./rsa-prv.pem'), pubKey = loadKey('./rsa-pub.pem'), message = 'Hello, world!'; // 使用私鑰加密: let enc_by_prv = crypto.privateEncrypt(prvKey, Buffer.from(message, 'utf8')); console.log('encrypted by private key: ' + enc_by_prv.toString('hex')); let dec_by_pub = crypto.publicDecrypt(pubKey, enc_by_prv); console.log('decrypted by public key: ' + dec_by_pub.toString('utf8')); ~~~ 執行后，可以得到解密后的消息，與原始消息相同。接下來我們使用公鑰加密，私鑰解密： ~~~ // 使用公鑰加密: let enc_by_pub = crypto.publicEncrypt(pubKey, Buffer.from(message, 'utf8')); console.log('encrypted by public key: ' + enc_by_pub.toString('hex')); // 使用私鑰解密: let dec_by_prv = crypto.privateDecrypt(prvKey, enc_by_pub); console.log('decrypted by private key: ' + dec_by_prv.toString('utf8')); ~~~ 執行得到的解密后的消息仍與原始消息相同。如果我們把`message`字符串的長度增加到很長，例如1M，這時，執行RSA加密會得到一個類似這樣的錯誤：`data too large for key size`，這是因為RSA加密的原始信息必須小于Key的長度。那如何用RSA加密一個很長的消息呢？實際上，RSA并不適合加密大數據，而是先生成一個隨機的AES密碼，用AES加密原始信息，然后用RSA加密AES口令，這樣，實際使用RSA時，給對方傳的密文分兩部分，一部分是AES加密的密文，另一部分是RSA加密的AES口令。對方用RSA先解密出AES口令，再用AES解密密文，即可獲得明文。 ### 證書 crypto模塊也可以處理數字證書。數字證書通常用在SSL連接，也就是Web的https連接。一般情況下，https連接只需要處理服務器端的單向認證，如無特殊需求（例如自己作為Root給客戶發認證證書），建議用反向代理服務器如Nginx等Web服務器去處理證書。 ### 參考源碼 [crypto常用算法](https://github.com/michaelliao/learn-javascript/tree/master/samples/node/crypto) *****