深度理解Nodejs中crypto模块的安全知识

本篇文章给你们详细介绍了Nodejs中crypto模块的安全知识的相关内容，写的十分的全面细致，具备必定的参考价值，对此有须要的朋友能够参考学习下。若有不足之处，欢迎批评指正。

互联网时代，网络上的数据量天天都在以惊人的速度增加。同时，各种网络安全问题层出不穷。在信息安全重要性日益凸显的今天，做为一名开发者，须要增强对安全的认识，并经过技术手段加强服务的安全性。 crypto模块是nodejs的核心模块之一，它提供了安全相关的功能，如摘要运算、加密、电子签名等。不少初学者对着长长的API列表，不知如何上手，所以它背后涉及了大量安全领域的知识。 本文重点讲解API背后的理论知识，主要包括以下内容： 摘要（hash）、基于摘要的消息验证码（HMAC） 对称加密、非对称加密、电子签名 分组加密模式

摘要（hash）

摘要（digest）：将长度不固定的消息做为输入，经过运行hash函数，生成固定长度的输出，这段输出就叫作摘要。一般用来验证消息完整、未被篡改。 摘要运算是不可逆的。也就是说，输入固定的状况下，产生固定的输出。但知道输出的状况下，没法反推出输入。 伪代码以下。 digest = Hash(message) 常见的摘要算法 与 对应的输出位数以下： MD5：128位 SHA-1：160位 SHA256 ：256位 SHA512：512位 nodejs中的例子： /欢迎加入全栈开发交流圈一块儿学习交流：619586920

var crypto = require('crypto');
var md5 = crypto.createHash('md5');
var message = 'hello';
var digest = md5.update(message, 'utf8').digest('hex'); 
console.log(digest);
// 输出以下：注意这里是16进制
// 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592
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备注：在各种文章或文献中，摘要、hash、散列 这几个词常常会混用，致使很多初学者看了一脸懵逼，其实大部分时候指的都是一回事，记住上面对摘要的定义就行了。

MAC、HMAC

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自己、秘钥。 MAC能够有多种不一样的实现方式，好比HMAC。 HMAC（Hash-based Message Authentication Code）：能够粗略地理解为带秘钥的hash函数。 nodejs例子以下：

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
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对称加密、非对称加密 加密/解密：给定明文，经过必定的算法，产生加密后的密文，这个过程叫加密。反过来就是解密。

encryptedText = encrypt( plainText )
plainText = decrypt( encryptedText )
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秘钥：为了进一步加强加/解密算法的安全性，在加/解密的过程当中引入了秘钥。秘钥能够视为加/解密算法的参数，在已知密文的状况下，若是不知道解密所用的秘钥，则没法将密文解开。

encryptedText = encrypt(plainText, encryptKey)
plainText = decrypt(encryptedText, decryptKey)
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根据加密、解密所用的秘钥是否相同，能够将加密算法分为对称加密、非对称加密。 一、对称加密 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、RC五、IDEA。 加、解密伪代码：

encryptedText = encrypt(plainText, key); // 加密
plainText = decrypt(encryptedText, key); // 解密
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二、非对称加密 又称公开秘钥加密。加密、解密所用的秘钥是不一样的，即encryptKey !== decryptKey。 加密秘钥公开，称为公钥。解密秘钥保密，称为秘钥。 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
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三、对比与应用 除了秘钥的差别，还有运算速度上的差别。一般来讲： 对称加密速度要快于非对称加密。 非对称加密一般用于加密短文本，对称加密一般用于加密长文本。 二者能够结合起来使用，好比HTTPS协议，能够在握手阶段，经过RSA来交换生成对称秘钥。在以后的通信阶段，可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：对称秘钥交换不必定经过RSA，还能够经过相似DH来完成，这里不展开。 数字签名 从签名大体能够猜到数字签名的用途。主要做用以下： 确认信息来源于特定的主体。 确认信息完整、未被篡改。 为了达到上述目的，须要有两个过程： 发送方：生成签名。 接收方：验证签名。 一、发送方生成签名 计算原始信息的摘要。 经过私钥对摘要进行签名，获得电子签名。 将原始信息、电子签名，发送给接收方。 附：签名伪代码

digest = hash(message); // 计算摘要
digitalSignature = sign(digest, priviteKey); // 计算数字签名
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二、接收方验证签名 经过公钥解开电子签名，获得摘要D1。（若是解不开，信息来源主体校验失败） 计算原始信息的摘要D2。 对比D一、D2，若是D1等于D2，说明原始信息完整、未被篡改。 附：签名验证伪代码

digest1 = verify(digitalSignature, publicKey); // 获取摘要
digest2 = hash(message); // 计算原始信息的摘要
digest1 === digest2 // 验证是否相等
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三、对比非对称加密 因为RSA算法的特殊性，加密/解密、签名/验证 看上去特别像，不少同窗都很容易混淆。先记住下面结论，后面有时间再详细介绍。 加密/解密：公钥加密，私钥解密。 签名/验证：私钥签名，公钥验证。

分组加密模式、填充、初始化向量

常见的对称加密算法，如AES、DES都采用了分组加密模式。这其中，有三个关键的概念须要掌握：模式、填充、初始化向量。 搞清楚这三点，才会知道crypto模块对称加密API的参数表明什么含义，出了错知道如何去排查。 一、分组加密模式 所谓的分组加密，就是将（较长的）明文拆分红固定长度的块，而后对拆分的块按照特定的模式进行加密。 常见的分组加密模式有：ECB（不安全）、CBC（最经常使用）、CFB、OFB、CTR等。 以最简单的ECB为例，先将消息拆分红等分的模块，而后利用秘钥进行加密。

后面假设每一个块的长度为128位 二、初始化向量：IV 为了加强算法的安全性，部分分组加密模式（CFB、OFB、CTR）中引入了初始化向量（IV），使得加密的结果随机化。也就是说，对于同一段明文，IV不一样，加密的结果不一样。 以CBC为例，每个数据块，都与前一个加密块进行亦或运算后，再进行加密。对于第一个数据块，则是与IV进行亦或。 IV的大小跟数据块的大小有关（128位），跟秘钥的长度无关。

三、填充：padding 分组加密模式须要对长度固定的块进行加密。分组拆分完后，最后一个数据块长度可能小于128位，此时须要进行填充以知足长度要求。 填充方式有多重。常见的填充方式有PKCS7。 假设分组长度为k字节，最后一个分组长度为k-last，能够看到： 无论明文长度是多少，加密以前都会会对明文进行填充 （否则解密函数没法区分最后一个分组是否被填充了，由于存在最后一个分组长度恰好等于k的状况） 若是最后一个分组长度等于k-last === k，那么填充内容为一个完整的分组 k k k ... k （k个字节） 若是最后一个分组长度小于k-last < k，那么填充内容为 k-last mod k

01 -- if lth mod k = k-1
02 02 -- if lth mod k = k-2
.
.
.
k k ... k k -- if lth mod k = 0
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归纳来讲 分组加密：先将明文切分红固定长度的块（128位），再进行加密。 分组加密的几种模式：ECB（不安全）、CBC（最经常使用）、CFB、OFB、CTR。 填充(padding)：部分加密模式，当最后一个块的长度小于128位时，须要经过特定的方式进行填充。（ECB、CBC须要填充，CFB、OFB、CTR不须要填充） 初始化向量（IV）：部分加密模式（CFB、OFB、CTR）会将 明文块 与 前一个密文块进行亦或操做。对于第一个明文块，不存在前一个密文块，所以须要提供初始化向量IV（把IV当作第一个明文块 以前的 密文块）。此外，IV也可让加密结果随机化。

结语

感谢您的观看，若有不足之处，欢迎批评指正。

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