Node.js 之 Crypto模块
node 的 crypto 模块
crypto 模块是对 OpenSSL 的封装，主要功能有 哈希、对称加密以及非对称加密。
一、 哈希
-
hash
通常给数据签名，它是不可逆的。 hash 算法有很多种，取决于当前机器 OpenSSL 的版本。
# 查看 openssl 版本（以 Ubuntu 18.04 为例） openssl version
常用的 hash 算法有 md5、sha256、sha512，下面是一些运算例子
const crypto = require("crypto");
function createHash(text, hashtype) {
const hash = crypto.createHash(hashtype).update(text).digest("hex");
console.log(hashtype, hash, hash.length);
}
['md5', 'sha256', 'sha512'].forEach((type) => {
createHash("hello", type);
});
// out:
// md5 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592 32
// sha256 2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824 64
// sha512 9b71d224bd62f3785d96d46ad3ea3d73319bfbc2890caadae2dff72519673ca72323c3d99ba5c11d7c7acc6e14b8c5da0c4663475c2e5c3adef46f73bcdec043 128
这里单独介绍一下MD5加密：
1、概述：
MD5消息摘要算法，属Hash算法一类。MD5算法对输入任意长度的消息进行运行，产生一个128位的消息摘要(32位的数字字母混合码)。
2、MD5主要特点:
不可逆，相同数据的MD5值肯定一样，不同数据的MD5值不一样
var crypto = require('crypto'); //引入crypto模块 var md5 = crypto.createHash('md5'); var message = 'hello'; var digest = md5.update(message, 'utf8').digest('hex'); //hex转化为十六进制 console.log(digest); // 输出如下：注意这里是16进制 // 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592
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MAC加密
MAC（Message Authentication Code）：消息认证码，用以保证数据的完整性。运算结果取决于消息本身、秘钥。 MAC可以有多种不同的实现方式，比如HMAC。
HMAC（Hash-based Message Authentication Code）：可以粗略地理解为带秘钥的hash函数。 MAC加密
const crypto = require('crypto');
// 参数一：摘要函数
// 参数二：秘钥
let hmac = crypto.createHmac('md5', '123456');
let ret = hmac.update('hello').digest('hex');
console.log(ret);
// 9c699d7af73a49247a239cb0dd2f8139
Hmac
Hmac算法也是一种哈希算法，它可以利用 MD5 或 SHA256 等哈希算法，不同的是，Hmac 还需要一个密钥（俗称加盐）。
const crypto = require("crypto");
const result = crypto.createHmac("md5", "123456").update("hello").digest("hex");
console.log(result);
// out:
// 9c699d7af73a49247a239cb0dd2f8139
为什么要加盐？ 因为相同密码的hash值是相同的，所以很容易通过彩虹表来破解密码（彩虹表可以简单理解为 明文->密文 的键值对），加盐后，破解的概率几乎为零。
二、对称加密以及非对称
加密/解密：给定明文，通过一定的算法，产生加密后的密文，这个过程叫加密。反过来就是解密
秘钥：为了进一步增强加/解密算法的安全性，在加/解密的过程中引入了秘钥。秘钥可以视为加/解密算法的参数，在已知密文的情况下，如果不知道解密所用的秘钥，则无法将密文解开。
-
对称加密
对称加密和前面的 hash 不同，它是可逆的。
加密、解密所用的秘钥是相同的，即encryptKey
===decryptKey。常见的对称加密算法：DES、3DES、AES、Blowfish、RC5、IDEA。
AES有很多不同的算法，如aes192，aes-128-ecb，aes-256-cbc等
加、解密伪代码
encryptedText = encrypt(plainText, key); // 加密 plainText = decrypt(encryptedText, key); // 解密
对称加密算法也有很多种，取决于当前机器 OpenSSL 的版本。
使用
openssl list-cipher-commands可以查看支持哪些对称加密算法.常见的对称加密算法有
aes-256-cbc。crypto 模块中提供了
createCipheriv和createDecipheriv来进行加密和解密的功能:-
crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv) -
crypto.createDecipheriv(algorithm, key, iv)这两个方法都接收 3 个参数：
-
algorithm：加密解密的类型 -
key: 加密解密的密钥 -
iv: 初始向量
-
下面是一个例子：
const crypto = require("crypto");
// 生成符合规范长度的密钥
function genkey(secret, length = 32) {
return crypto.createHash('sha256').update(String(secret)).digest('base64').substr(0, length);
}
// 加密字符串
function encryptByAes256(content, secretkey, iv) {
const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', genkey(secretkey), genkey(iv, 16));
let enc = cipher.update(content, 'utf8', 'hex');
enc += cipher.final('hex');
return enc;
}
// 解密字符串
function decryptByAes256(content, secretkey, iv) {
const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-256-cbc', genkey(secretkey), genkey(iv, 16));
let dec = decipher.update(content, 'hex', 'utf8');
dec += decipher.final('utf8');
return dec;
}
const encContent = encryptByAes256('hello', 'a', 'b');
console.log(encContent);
const decContent = decryptByAes256(encContent, 'a', 'b');
console.log(decContent);
注意 createCipheriv 和 createDecipheriv 对 key 和 iv 的长度有要求，所以上例子中用 genkey 做了一次转换。下面是 AES 算法对长度的具体要求（以 key 和 iv 都是字符串类型为例）：
| 算法类型 | key | iv |
|---|---|---|
| aes128 | 16 | 16 |
| aes192 | 24 | 16 |
| aes256 | 32 | 16 |
另外，细心的同学会看到 aes256 具体有 aes-256-cbc 和 aes-256-ecb 两种算法。aes-256-cbc 算法相对更加安全
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非对称加密
又称公开秘钥加密。加密、解密所用的秘钥是不同的，即encryptKey !== decryptKey。
加密秘钥公开，称为公钥。解密秘钥保密，称为秘钥。
非对称加密又避免了私钥的传输，大大增加了安全性。
常见的非对称加密算法：RSA、DSA、ElGamal。
加、解密伪代码：
encryptedText = encrypt(plainText, publicKey); // 加密 plainText = decrypt(encryptedText, priviteKey); // 解密
对比与应用:
除了秘钥的差异，还有运算速度上的差异。通常来说：
1、对称加密速度要快于非对称加密。 2、非对称加密通常用于加密短文本，对称加密通常用于加密长文本。 3、两者可以结合起来使用，比如HTTPS协议，可以在握手阶段，通过RSA来交换生成对称秘钥。在之后的通讯阶段，可以使用对称加密算法对数据进行加密，秘钥则是握手阶段生成的。 备注：对称秘钥交换不一定通过RSA，还可以通过类似DH来完成
下面是 node 使用非对称性加密的例子：
1、创建一个私钥：
openssl genrsa -out rsa_private.key 1024
2、根据私钥创建对应的公钥：
openssl rsa -in rsa_private.key -pubout -out rsa_public.key
3、在 node 中使用：
const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");
const pub_key = fs.readFileSync("./rsa_public.key");
const priv_key = fs.readFileSync("./rsa_private.key");
const text = "hello";
const secret = crypto.publicEncrypt(pub_key, Buffer.from(text));
const result = crypto.privateDecrypt(priv_key, secret);
console.log(secret); // buffer格式
console.log(result.toString());
1、Diffie-Hellman
DH算法是一种密钥交换协议，它可以让双方在不泄漏密钥的情况下协商出一个密钥来。
2、数学基础
DH算法的数学基础如下：
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假设 A = K^X mod M，已知 X 的情况下，很容易算出 A；已知道 A 的情况下，很难算出X；
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(K^X mod M)^Y mod M = K^(X * Y) mod M
用 node 模拟 HD 算法过程
X 先选一个素数和一个底数：素数 M=97，底数 K=31（底数可以任选），再选择一个秘密整数 X=5，计算 A=K^X mod M=86，然后告诉Y：K=31，M=97，A=86； Y 收到 X 发来的 K，M，A后，也选一个秘密整数 Y=7，然后计算 B=K^Y mod M=2，并告诉X：B=2；
X 自己计算出 key=B^Y mod M=32; Y 也自己计算出 key=A^Y mod M=32;
因此，最终协商的密钥 key 为 32。
const K = 31 // 底数 const M = 97 // 取模（需要是质数） const X = 5 // X 的私钥 const A = Math.pow(K, X) % M; // 86 const Y = 7 // Y 的私钥 const B = Math.pow(K, Y) % M; // 2 console.log(Math.pow(B, X) % M); // X 计算出的密钥：32 console.log(Math.pow(A, Y) % M); // Y 计算出的密钥：32
使用 crypto 中的 DH 算法
const crypto = require('crypto');
// X 生成 key
const X = crypto.createDiffieHellman(512);
const prime = X.getPrime(); // 公开的随机数
console.log('Prime: ' + prime.toString('hex'));
const X_PublicKey = X.generateKeys(); // X 生成用于交换的 key
const X_PrivateKey = X.getPrivateKey(); // X 自己的私钥
console.log('X_PublicKey', X_PublicKey.toString('hex'));
console.log('X_PrivateKey', X_PrivateKey.toString('hex'));
// Y 生成 keys
const Y = crypto.createDiffieHellman(prime); // 根据公开的随机数创建 Y
const Y_PublicKey = Y.generateKeys(); // Y 生成用于交换的 key
const Y_PrivateKey = Y.getPrivateKey(); // Y 自己的私钥
console.log('Y_PublicKey', Y_PublicKey.toString('hex'));
console.log('Y_PrivateKey', Y_PrivateKey.toString('hex'));
// 交换生成协商密钥：
console.log('Secret of X: ' + X.computeSecret(Y_PublicKey).toString('hex'));
console.log('Secret of Y: ' + Y.computeSecret(X_PublicKey).toString('hex'));
// out:
// Prime: c17a5d01bf84632f164b45cea4061602f0bb9d37b34ab6fcd8afff029172ce1bf3b6459244be0fe54c31b59efca7a439d58da18e90471def8a5d4195c0aa9bab
// X_PublicKey a4612c019051615204760e62623b04fc4740f33575704314f3f4286c79ed3b87d1764391e03df3b783c3455b31afb5c24e5db69345a93159ac6b81ef49f5f0b5
// X_PrivateKey 44b54320bc5f3c3fd12183f2d4cdee0fe097f2a9f014c8fdec08e0510be3b68bf713dbdd58b7a689f72fa63f8d778d4d3f2756736ed626dc72d3c118171dc024
// Y_PublicKey 473ba37e71c54034aa98492825301b587e483845cb176d42f663b81598b685706d05bfe2b5531e6873f799de067ffb8281245c8461d0a4d5a8897bf1cd6252f2
// Y_PrivateKey 6e8940a33f92f69d9dca023958db8e10f5a39180b243c68e18d4efbfcdee1d795ac608fef29294affc777a80fe301ea8ba8a32c71318d4914a99f53d7d2e9b32
// Secret of X: bf26f9654e2ec0c0c504ed321ab41b55d7014aabff0d89bb4d3a542fcf179342c293627443c3141cfe04c34cac357977bae610175e889d4d8557bce89e431b31
// Secret of Y: bf26f9654e2ec0c0c504ed321ab41b55d7014aabff0d89bb4d3a542fcf179342c293627443c3141cfe04c34cac357977bae610175e889d4d8557bce89e431b31
可以看到 X 和 Y 在没有暴露自己的私钥的情况下，最后生成了相同的密钥
3、数字签名
数字签名基于非对称加密，过程与非对称加密的过程正好相反，是使用私钥进行加密签名，然后使用公钥进行解密的签名验证。
数字签名主要有如下作用：
-
验证发送者的身份
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保证信息传输的完整性
想了解细节的同学可以看阮一峰的 数字签名是什么？ 这篇文章。
下面是在 node 中使用数字签名的例子：
const crypto = require("crypto");
const fs = require("fs");
const pub_key = fs.readFileSync("./rsa_public.key");
const priv_key = fs.readFileSync("./rsa_private.key");
const text = "hello";
// 生成签名
const sign = crypto.createSign("RSA-SHA256");
sign.update(text);
const signed = sign.sign(priv_key, "hex");
// 验证签名
const verify = crypto.createVerify("RSA-SHA256");
verify.update(text);
const verifyResult = verify.verify(pub_key, signed, "hex");
console.log("sign", signed); // 244ea5f09e474380669351d605c6868625daee6f35734859c30d1de9a1bc06f16359b198b1eb860e2ae9b42ecf591b473511f4a0243eed9ca1ebea7cabfd3d270a352ed752bbb95bc190a8d539538e19cb759162009fb984b3eb504ee02e7a182531dee16cb134b7c416767ff666a9f370aa09d394e15347087cedb074b5b695
console.log("verifyResult", verifyResult); // true
三、其他注意点
node
const crypto = require('crypto');
const md5hash = crypto.createHash('md5')
.update('hello')
.digest('hex');
console.log(md5hash);
js
使用第三方模块 md5 、js-md5 或者 crypto-js：
const md5_1 = require('md5')
const md5_2 = require('js-md5')
const md5_3 = require('crypto-js/md5')
console.log(md5_1('hello'));
console.log(md5_2('hello'));
console.log(md5_3('hello').toString());