Nodejscrypto模塊中安全基礎(chǔ)知識(shí)分享

二、摘要（hash）

摘要（digest）：將長(zhǎng)度不固定的消息作為輸入，通過(guò)運(yùn)行hash函數(shù)，生成固定長(zhǎng)度的輸出，這段輸出就叫做摘要。通常用來(lái)驗(yàn)證消息完整、未被篡改。

摘要運(yùn)算是不可逆的。也就是說(shuō)，輸入固定的情況下，產(chǎn)生固定的輸出。但知道輸出的情況下，無(wú)法反推出輸入。

偽代碼如下。

常見(jiàn)的摘要算法 與 對(duì)應(yīng)的輸出位數(shù)如下：

nodejs中的例子：

var crypto = require('crypto');
var md5 = crypto.createHash('md5');

var message = 'hello';
var digest = md5.update(message, 'utf8').digest('hex'); 

console.log(digest);
// 

三、MAC、HMAC

MAC（Message Authentication Code）：消息認(rèn)證碼，用以保證數(shù)據(jù)的完整性。運(yùn)算結(jié)果取決于消息本身、秘鑰。

MAC可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方式，比如HMAC。

HMAC（Hash-based Message Authentication Code）：可以粗略地理解為帶秘鑰的hash函數(shù)。

nodejs例子如下：

const crypto = require('crypto');

// 參數(shù)一：摘要函數(shù)
// 參數(shù)二：秘鑰
let hmac = crypto.createHmac('md5', '123456');
let ret = hmac.update('hello').digest('hex');

console.log(ret);
// 9c699d7af73a49247a239cb0dd2f8139

四、對(duì)稱(chēng)加密、非對(duì)稱(chēng)加密

加密/解密：給定明文，通過(guò)一定的算法，產(chǎn)生加密后的密文，這個(gè)過(guò)程叫加密。反過(guò)來(lái)就是解密。

秘鑰：為了進(jìn)一步增強(qiáng)加/解密算法的安全性，在加/解密的過(guò)程中引入了秘鑰。秘鑰可以視為加/解密算法的參數(shù)，在已知密文的情況下，如果不知道解密所用的秘鑰，則無(wú)法將密文解開(kāi)。

根據(jù)加密、解密所用的秘鑰是否相同，可以將加密算法分為對(duì)稱(chēng)加密、非對(duì)稱(chēng)加密。

1、對(duì)稱(chēng)加密

加密、解密所用的秘鑰是相同的，即encryptKey === decryptKey。

常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法：DES、3DES、AES、Blowfish、RC5、IDEA。

加、解密偽代碼：

2、非對(duì)稱(chēng)加密

又稱(chēng)公開(kāi)秘鑰加密。加密、解密所用的秘鑰是不同的，即encryptKey !== decryptKey。

加密秘鑰公開(kāi)，稱(chēng)為公鑰。解密秘鑰保密，稱(chēng)為秘鑰。

常見(jiàn)的非對(duì)稱(chēng)加密算法：RSA、DSA、ElGamal。

加、解密偽代碼：

3、對(duì)比與應(yīng)用

除了秘鑰的差異，還有運(yùn)算速度上的差異。通常來(lái)說(shuō)：

1. 對(duì)稱(chēng)加密速度要快于非對(duì)稱(chēng)加密。

2. 非對(duì)稱(chēng)加密通常用于加密短文本，對(duì)稱(chēng)加密通常用于加密長(zhǎng)文本。

兩者可以結(jié)合起來(lái)使用，比如HTTPS協(xié)議，可以在握手階段，通過(guò)RSA來(lái)交換生成對(duì)稱(chēng)秘鑰。在之后的通訊階段，可以使用對(duì)稱(chēng)加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，秘鑰則是握手階段生成的。

五、數(shù)字簽名

從簽名大致可以猜到數(shù)字簽名的用途。主要作用如下：

1. 確認(rèn)信息來(lái)源于特定的主體。

2. 確認(rèn)信息完整、未被篡改。

為了達(dá)到上述目的，需要有兩個(gè)過(guò)程：

1. 發(fā)送方：生成簽名。

2. 接收方：驗(yàn)證簽名。

1、發(fā)送方生成簽名

1. 計(jì)算原始信息的摘要。

2. 通過(guò)私鑰對(duì)摘要進(jìn)行簽名，得到電子簽名。

3. 將原始信息、電子簽名，發(fā)送給接收方。

附：簽名偽代碼

2、接收方驗(yàn)證簽名

1. 通過(guò)公鑰解開(kāi)電子簽名，得到摘要D1。（如果解不開(kāi)，信息來(lái)源主體校驗(yàn)失?。?/p>

2. 計(jì)算原始信息的摘要D2。

3. 對(duì)比D1、D2，如果D1等于D2，說(shuō)明原始信息完整、未被篡改。

附：簽名驗(yàn)證偽代碼

3、對(duì)比非對(duì)稱(chēng)加密

由于RSA算法的特殊性，加密/解密、簽名/驗(yàn)證 看上去特別像，很多同學(xué)都很容易混淆。先記住下面結(jié)論，后面有時(shí)間再詳細(xì)介紹。

1. 加密/解密：公鑰加密，私鑰解密。

2. 簽名/驗(yàn)證：私鑰簽名，公鑰驗(yàn)證。

六、分組加密模式、填充、初始化向量

常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法，如AES、DES都采用了分組加密模式。這其中，有三個(gè)關(guān)鍵的概念需要掌握：模式、填充、初始化向量。

搞清楚這三點(diǎn)，才會(huì)知道crypto模塊對(duì)稱(chēng)加密API的參數(shù)代表什么含義，出了錯(cuò)知道如何去排查。

1、分組加密模式

所謂的分組加密，就是將（較長(zhǎng)的）明文拆分成固定長(zhǎng)度的塊，然后對(duì)拆分的塊按照特定的模式進(jìn)行加密。

常見(jiàn)的分組加密模式有：ECB（不安全）、CBC（最常用）、CFB、OFB、CTR等。

以最簡(jiǎn)單的ECB為例，先將消息拆分成等分的模塊，然后利用秘鑰進(jìn)行加密。

圖片來(lái)源：這里，更多關(guān)于分組加密模式的介紹可以參考 wiki。

2、初始化向量：IV

為了增強(qiáng)算法的安全性，部分分組加密模式（CFB、OFB、CTR）中引入了初始化向量（IV），使得加密的結(jié)果隨機(jī)化。也就是說(shuō)，對(duì)于同一段明文，IV不同，加密的結(jié)果不同。

以CBC為例，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊，都與前一個(gè)加密塊進(jìn)行亦或運(yùn)算后，再進(jìn)行加密。對(duì)于第一個(gè)數(shù)據(jù)塊，則是與IV進(jìn)行亦或。

IV的大小跟數(shù)據(jù)塊的大小有關(guān)（128位），跟秘鑰的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

如圖所示，圖片來(lái)源 這里

3、填充：padding

分組加密模式需要對(duì)長(zhǎng)度固定的塊進(jìn)行加密。分組拆分完后，最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度可能小于128位，此時(shí)需要進(jìn)行填充以滿(mǎn)足長(zhǎng)度要求。

填充方式有多重。常見(jiàn)的填充方式有PKCS7。

假設(shè)分組長(zhǎng)度為k字節(jié)，最后一個(gè)分組長(zhǎng)度為k-last，可以看到：

1. 不管明文長(zhǎng)度是多少，加密之前都會(huì)會(huì)對(duì)明文進(jìn)行填充 （不然解密函數(shù)無(wú)法區(qū)分最后一個(gè)分組是否被填充了，因?yàn)榇嬖谧詈笠粋€(gè)分組長(zhǎng)度剛好等于k的情況）

2. 如果最后一個(gè)分組長(zhǎng)度等于k-last === k，那么填充內(nèi)容為一個(gè)完整的分組 k k k ... k （k個(gè)字節(jié)）

3. 如果最后一個(gè)分組長(zhǎng)度小于k-last < k，那么填充內(nèi)容為 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

概括來(lái)說(shuō)

1. 分組加密：先將明文切分成固定長(zhǎng)度的塊（128位），再進(jìn)行加密。

2. 分組加密的幾種模式：ECB（不安全）、CBC（最常用）、CFB、OFB、CTR。

3. 填充(padding)：部分加密模式，當(dāng)最后一個(gè)塊的長(zhǎng)度小于128位時(shí)，需要通過(guò)特定的方式進(jìn)行填充。（ECB、CBC需要填充，CFB、OFB、CTR不需要填充）

4. 初始化向量（IV）：部分加密模式（CFB、OFB、CTR）會(huì)將 明文塊 與 前一個(gè)密文塊進(jìn)行亦或操作。對(duì)于第一個(gè)明文塊，不存在前一個(gè)密文塊，因此需要提供初始化向量IV（把IV當(dāng)做第一個(gè)明文塊 之前的 密文塊）。此外，IV也可以讓加密結(jié)果隨機(jī)化。

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