6.1.1 三张图让你全面掌握加密解密技术

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小牛编辑

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2023-12-01

前言

加密解密技术，涉及面很广，这里，把前人的研究成果汇总起来，通过图表的形式来帮助记忆和筛选，方便日后使用。内容主要包括两个方面，一个是场景与算法，一个是Node.js的相关模块或组件。共三张脑图，具体请看：

1.加密解密纵览

下面这张图，是在《密码学一小时必知》（见参考）基础上完成的，原作者是Colin Percival，密码学方面的专家，FreeBSD项目的安全长官，Tarsnap在线备份服务的创始人，scrypt密钥衍生算法的作者，非常值得参考学习。译者是 @byronhe ,翻译贡献这样的好文，包括下面有关论述场景与算法的实践指南，值得去为他点赞。

这张图，可以告诉你密码学中的概念，目的，案例，以及最佳的实践经验。

加密解密.png

2.场景与算法

这张图，是基于《现代密码学实践指南(2015年)》（见参考）完成的。可以说，在上一张图的基础上，更加具体，特别是对于场景的描述，让码农可以更加方便的作出正确的选择，值得拥有。其中，标注序号的，是有优先级的。

场景与算法选择.png

3.Node.js中的的加密和解密、签名与认证

这张图，主要参考了官方文档及其他一些文档（见参考），按照我个人的理解画得。如果你使用Node.js，基本上拿来看看图解，就能直接用了。特别是，默认选择了ed255519组件，如果你看了上面两篇实践，就知道这是签名与认证最好的选择，因此这里可以肯定的说，Crypto模块的签名与认证还是暂时不要用吧。Ebookcoin就是这么实践的，上一篇源码介绍的很详细。另一个是Natrium组件，也可以用于签名和认证，但主要是用来非对称加密和解密的。这张脑图里的三个组合，按照上面的实践经验来说，应该是当前Node.js加解密应用领域的最佳组合方案。

Node.js中的的加密和解密、签名与认证.png

4.趣味实践

还是用在《在Node.js中使用加密解密技术》里的的例子吧。设定角色，男生叫做Bob，他的女友叫Alice。

场景

Bob想向女友表达埋藏已久的心声“I love you！”，但碍于男人的颜面（男人都这样吗？），不好意思当面说出口，只好加密传输。这里基于一个可行的假设，就是他们已经拥有彼此的公钥，或者可以简单获得。

需求

加密：不能让别人看到信息;
解密：女友可以恢复并查看;
签名：Bob可以签名信息，确保不被篡改;
认证：女友收到信息，可以验明正身，确认是Bob所发，而不是别人的恶作剧。

方案

利用以上三张图，我们可以很快拿出技术方案。

加密与解密技术：第二张图显示说，这种加密之后又解密原文的场景非常少见。技术上，最好使用NaCl，其次是libsodium（背后仍然是NaCl），但是搜索了一下github，Node.js社区还没有相关NaCl稳定的封装包，libsodium倒是有一个Natrium（但是，写作本文时，连安装都没有成功，有验证成功的，请告诉我一声）。因此，只能选择使用Crypto简单加密和解密。
签名与验证技术：当然最好的选择是ed25519了。

编码

新建一个简单的Node.js工程，代码在这里： https://github.com/imfly/node.js-practice/blob/master/crypto/index.js

(1)生成密钥对

Bob没有使用随机字符串，而是使用一个密码，并采取SHA256算法生成密钥对，请看思维导图，有关hash的部分。

var crypto = require('crypto');
var ed25519 = require('ed25519');

var bobsPassword = 'This is my password, you don`t guess it!';
var hash = crypto.createHash('sha256').update(bobsPassword).digest();
var bobKeypair = ed25519.MakeKeypair(hash);

(2)给信息加密和签名

通常是先加密后签名。

这里使用Crypto给信息进行了简单加密，把Bob的公钥作为加密键值（但是既然是公钥，谁会不知道呢，除非Bob只把公钥给了Alice），可能还得Bob告诉Alice使用什么算法来解密。

var message = 'Hi Alice, I love you!';
var msgCiphered = cipher('aes192', bobKeypair.publicKey, message); //公钥进行加密，如果是Natrium，这里就是私钥加密
var signature = ed25519.Sign(new Buffer(msgCiphered, 'utf8'), bobKeypair.privateKey); //私钥进行签名

(3)给Alice发送签名信息

这个就各显神通了。

(4)Alice验证并解密

通常是先验证后解密。

作为Bob的好朋友，Alice有他的公钥。

if (ed25519.Verify(new Buffer(msgCiphered, 'utf8'), signature, bobKeypair.publicKey)) {
    // 验证函数返回了true，通过验证
  var msg = decipher('aes192', bobKeypair.publicKey, msgCiphered);  //使用Bob的公钥解密

    console.log('签名合法，信息来自Bob！');
  console.log('Bob said: ', msg); //显示信息
} else {
    // 验证函数返回了false，肯定不是Bob的信息.
    console.log('签名不合法！');
}

(5)补充代码

上面用到的Crypto的加密解密方法：

//解密
function (algorithm, key, buffer){
    var encrypted = "";
    var cip = crypto.createCipher(algorithm, key);
    encrypted += cip.update(buffer, 'utf8', 'hex');
    encrypted += cip.final('hex');
    return encrypted;
}

//解密
function decipher(algorithm, key, encrypted){
    var decrypted = "";
    var decipher = crypto.createDecipher(algorithm, key);
    decrypted += decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8');
    decrypted += decipher.final('utf8');
    return decrypted;
}

(6)运行实例

使用下面的命令，可以运行上述代码：

$ git clone https://github.com/imfly/node.js-practice
$ cd node.js-practice
$ npm install
$ node crypto/

输出结果：

签名合法，信息来自Bob！
Bob said:  Hi Alice, I love you!

链接

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本源文地址： https://github.com/imfly/bitcoin-on-nodejs

电子书阅读： http://bitcoin-on-nodejs.ebookchain.org

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参考