NodeJS学习笔记 (13)数据加密-crypto(OK)

方和豫

2023-12-01

写在前面

本章节写得差不多了，不过还需要再整理一下（TODO）。

hash例子

hash.digest([encoding])：计算摘要。encoding可以是hex、latin1或者base64。如果声明了encoding，那么返回字符串。否则，返回Buffer实例。注意，调用hash.digest()后，hash对象就作废了，再次调用就会出错。

hash.update(data[, input_encoding])：input_encoding可以是utf8、ascii或者latin1。如果data是字符串，且没有指定 input_encoding，则默认是utf8。注意，hash.update()方法可以调用多次。

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var content = fs.readFileSync('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); var hash = crypto.createHash('sha256'); var output; hash.update(content); output = hash.digest('hex'); console.log(output); // 输出内容为： // b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

也可以这样：

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var input = fs.createReadStream('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); var hash = crypto.createHash('sha256'); hash.setEncoding('hex'); input.pipe(hash).pipe(process.stdout) // 输出内容为： // b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

hash.digest()后，再次调用digest()或者update()

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var content = fs.readFileSync('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); var hash = crypto.createHash('sha256'); var output; hash.update(content); hash.digest('hex'); // 报错：Error: Digest already called hash.update(content); // 报错：Error: Digest already called hash.digest('hex');

也可以这样：

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var input = fs.createReadStream('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); var hash = crypto.createHash('sha256'); hash.setEncoding('hex'); input.pipe(hash).pipe(process.stdout) // 输出内容为： // b94d27b9934d3e08a52e52d7da7dabfac484efe37a5380ee9088f7ace2efcde9

hash.digest()后，再次调用digest()或者update()

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var content = fs.readFileSync('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); var hash = crypto.createHash('sha256'); var output; hash.update(content); hash.digest('hex'); // 报错：Error: Digest already called hash.update(content); // 报错：Error: Digest already called hash.digest('hex');

hash.digest()后，再次调用digest()或者update()

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var content = fs.readFileSync('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); var hash = crypto.createHash('sha256'); var output; hash.update(content); hash.digest('hex'); // 报错：Error: Digest already called hash.update(content); // 报错：Error: Digest already called hash.digest('hex');

HMAC例子

HMAC的全称是Hash-based Message Authentication Code，也即在hash的加盐运算。

算法细节可以参考附录链接，具体到使用的话，跟hash模块差不多，选定hash算法，指定“盐”即可。

例子1：

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var secret = 'secret'; var hmac = crypto.createHmac('sha256', secret); var input = fs.readFileSync('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); hmac.update(input); console.log( hmac.digest('hex') ); // 输出： // 734cc62f32841568f45715aeb9f4d7891324e6d948e4c6c60c0621cdac48623a

例子2：

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var secret = 'secret'; var hmac = crypto.createHmac('sha256', secret); var input = fs.createReadStream('./test.txt', {encoding: 'utf8'}); hmac.setEncoding('hex'); input.pipe(hmac).pipe(process.stdout) // 输出： // 734cc62f32841568f45715aeb9f4d7891324e6d948e4c6c60c0621cdac48623a

加密/解密

加解密主要用到下面两组方法：

加密：

crypto.createCipher(algorithm, password)
crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv)

解密：

crypto.createDecipher(algorithm, password)
crypto.createDecipheriv(algorithm, key, iv)

crypto.createCipher(algorithm, password)

先来看下 crypto.createCipher(algorithm, password)，两个参数分别是加密算法、密码

algorithm：加密算法，比如aes192，具体有哪些可选的算法，依赖于本地openssl的版本，可以通过openssl list-cipher-algorithms命令查看支持哪些算法。
password：用来生成密钥(key)、初始化向量(IV)。

备注：这里nodejs屏蔽了AES的使用/实现细节，关于key、IV，感兴趣的同学可以自行谷歌下。

var crypto = require('crypto'); var secret = 'secret'; var cipher = crypto.createCipher('aes192', secret); var content = 'hello'; var cryptedContent; cipher.update(content); cryptedContent = cipher.final('hex'); console.log(cryptedContent); // 输出： // 71d30ec9bc926b5dbbd5150bf9d3e5fb

crypto.createDecipher(algorithm, password)

可以看作 crypto.createCipher(algorithm, password) 逆向操作，直接看例子

var crypto = require('crypto'); var secret = 'secret'; var cipher = crypto.createCipher('aes192', secret); var content = 'hello'; var cryptedContent; cipher.update(content); cryptedContent = cipher.final('hex'); console.log(cryptedContent); // 输出： // 71d30ec9bc926b5dbbd5150bf9d3e5fb var decipher = crypto.createDecipher('aes192', secret); var decryptedContent; decipher.update(cryptedContent, 'hex'); decryptedContent = decipher.final('utf8'); console.log(decryptedContent); // 输出： // hello

crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv)

相对于 crypto.createCipher() 来说，crypto.createCipheriv() 需要提供key和iv，而 crypto.createCipher() 是根据用户提供的 password 算出来的。

key、iv 可以是Buffer，也可以是utf8编码的字符串，这里需要关注的是它们的长度：

key：根据选择的算法有关，比如 aes128、aes192、aes256，长度分别是128、192、256位（16、24、32字节）
iv：都是128位（16字节）

var crypto = require('crypto'); var key = crypto.randomBytes(192/8); var iv = crypto.randomBytes(128/8); var algorithm = 'aes192'; function encrypt(text){ var cipher = crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv); cipher.update(text); return cipher.final('hex'); } function decrypt(encrypted){ var decipher = crypto.createDecipheriv(algorithm, key, iv); decipher.update(encrypted, 'hex'); return decipher.final('utf8'); } var content = 'hello'; var crypted = encrypt('hello'); console.log( crypted ); var decrypted = decrypt( crypted ); console.log( decrypted ); // 输出：utf8

数字签名/签名校验

假设：

1、服务端原始信息为M，摘要算法为Hash，Hash(M)得出的摘要是H。 2、公钥为Pub，私钥为Piv，非对称加密算法为Encrypt，非对称解密算法为Decrypt。 3、Encrypt(H)得到的结果是S。 4、客户端拿到的信息为M1，利用Hash(M1)得出的结果是H1。

数字签名的产生、校验步骤分别如下：

1、数字签名的产生步骤：利用摘要算法Hash算出M的摘要，即Hash(M) == H，利用非对称加密算法对摘要进行加密Encrypt( H, Piv )，得到数字签名S。 2、数字签名的校验步骤：利用解密算法D对数字签名进行解密，即Decrypt(S) == H，计算M1的摘要 Hash(M1) == H1，对比 H、H1，如果两者相同，则通过校验。

私钥如何生成不是这里的重点，这里采用网上的服务来生成，点击[这里](在线生成非对称加密公钥私钥对、在线生成公私钥对、RSA Key pair create、生成RSA密钥对)。

了解了数字签名产生、校验的原理后，相信下面的代码很容易理解：

var crypto = require('crypto'); var fs = require('fs'); var privateKey = fs.readFileSync('./private-key.pem'); // 私钥 var publicKey = fs.readFileSync('./public-key.pem'); // 公钥 var algorithm = 'RSA-SHA256'; // 加密算法 vs 摘要算法 // 数字签名 function sign(text){ var sign = crypto.createSign(algorithm); sign.update(text); return sign.sign(privateKey, 'hex'); } // 校验签名 function verify(oriContent, signature){ var verifier = crypto.createVerify(algorithm); verifier.update(oriContent); return verifier.verify(publicKey, signature, 'hex'); } // 对内容进行签名 var content = 'hello world'; var signature = sign(content); console.log(signature); // 校验签名，如果通过，返回true var verified = verify(content, signature); console.log(verified);

DiffieHellman

DiffieHellman：Diffie–Hellman key exchange，缩写为D-H，是一种安全协议，让通信双方在预先没有对方信息的情况下，通过不安全通信信道，创建一个密钥。这个密钥可以在后续的通信中，作为对称加密的密钥加密传递的信息。

代码如下，原理待补充 TODO

const crypto = require('crypto'); const assert = require('assert'); // Generate Alice's keys... const alice = crypto.createDiffieHellman(2048); const alice_key = alice.generateKeys(); // Generate Bob's keys... const bob = crypto.createDiffieHellman(alice.getPrime(), alice.getGenerator()); const bob_key = bob.generateKeys(); // Exchange and generate the secret... const alice_secret = alice.computeSecret(bob_key); const bob_secret = bob.computeSecret(alice_key); // OK assert.equal(alice_secret.toString('hex'), bob_secret.toString('hex'));

DiffieHellman

代码如下，原理待补充 TODO

const crypto = require('crypto'); const assert = require('assert'); // Generate Alice's keys... const alice = crypto.createDiffieHellman(2048); const alice_key = alice.generateKeys(); // Generate Bob's keys... const bob = crypto.createDiffieHellman(alice.getPrime(), alice.getGenerator()); const bob_key = bob.generateKeys(); // Exchange and generate the secret... const alice_secret = alice.computeSecret(bob_key); const bob_secret = bob.computeSecret(alice_key); // OK assert.equal(alice_secret.toString('hex'), bob_secret.toString('hex'));

ECDH：Elliptic Curve Diffie-Hellman

代码如下，原理待补充 TODO

const crypto = require('crypto'); const assert = require('assert'); // Generate Alice's keys... const alice = crypto.createECDH('secp521r1'); const alice_key = alice.generateKeys(); // Generate Bob's keys... const bob = crypto.createECDH('secp521r1'); const bob_key = bob.generateKeys(); // Exchange and generate the secret... const alice_secret = alice.computeSecret(bob_key); const bob_secret = bob.computeSecret(alice_key); assert(alice_secret, bob_secret); // OK

证书

SPKAC：

SPKAC is an acronym that stands for Signed Public Key and Challenge, also known as Netscape SPKI.

SPKI：Simple public-key infrastructure

关键点

md5：固定长度（128bit）、不可逆（重要）、不同数据的散列值可能相同（重要）、高度离散型（原文细微的变化，会导致散列值差异巨大）

sha1：固定长度160bit，广泛使用（如TLS，目前安全性受到密码学家的质疑）

SHA-256/SHA-384/SHA-512：后面表示摘要的长度。

用途：数字签名、文件完整性校验

关系：sha1 基于 MD5，MD5 基于 MD4

md5(1991) -> SHA1

sha家族：由美国国家安全局（NSA）所设计，并由美国国家标准与技术研究院（NIST）发布；是美国的政府标准。

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hash例子

HMAC例子

加密/解密

crypto.createCipher(algorithm, password)

crypto.createDecipher(algorithm, password)

crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv)

数字签名/签名校验

DiffieHellman

DiffieHellman

ECDH：Elliptic Curve Diffie-Hellman

证书

关键点

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