基於NodeJS的HTTP server Plus 6：加密（crypto）

加密簡介

雜湊演算法

雜湊演算法也叫雜湊演算法，用來把任意長度的輸入變換成固定長度的輸出，常見的有 md5、sha1 等，這類演算法實現對原資料的轉化過程是否能被稱為加密備受爭議，為了後面敘述方便我們姑且先叫做加密。

const crypto = require("crypto");

// getHashes 方法用於檢視支援的加密演算法
console.log(crypto.getHashes());

// [ 'DSA', 'DSA-SHA', 'DSA-SHA1', 'DSA-cSHA1-old',
//   'RSA-MD4', 'RSA-MD5', 'RSA-MDC2', 'RSA-RIPEMD160',
//   'RSA-SHA', 'RSA-SHA1', 'RSA-SHA1-2', 'RSA-SHA224',
//   'RSA-SHA256', 'RSA-SHA384', 'RSA-SHA512',
//   'dsaEncryption', 'dsaWithSHA', 'dsaWithSHA1', 'dss1',
//   'ecdsa-with-SHA1', 'md4', 'md4WithRSAEncryption',
//   'md5', 'md5WithRSAEncryption', 'mdc2', 'mdc2WithRSA',
//   'ripemd', 'ripemd160', 'ripemd160WithRSA', 'rmd160',
//   'sha', 'sha1', 'sha1WithRSAEncryption', 'sha224',
//   'sha224WithRSAEncryption', 'sha256',
//   'sha256WithRSAEncryption', 'sha384',
//   'sha384WithRSAEncryption', 'sha512',
//   'sha512WithRSAEncryption', 'shaWithRSAEncryption',
//   'ssl2-md5', 'ssl3-md5', 'ssl3-sha1', 'whirlpool' ]複製程式碼

md5 是開發中經常使用的演算法之一，官方稱為摘要演算法，具有以下幾個特點：

• 不可逆；
• 不管加密的內容多長，最後輸出的結果長度都是相等的；
• 內容不同輸出的結果完全不同，內容相同輸出的結果完全相同。

由於相同的輸入經過 md5 加密後返回的結果完全相同，所以破解時通過 “撞庫” 進行暴力破解，當連續被 md5 加密 3 次以上時就很難被破解了，所以使用 md5 一般會進行多次加密。

const crytpo = require("crytpo");

let md5 = crytpo.createHash("md5"); // 建立 md5
let md5Sum = md5.update("hello"); // update 加密
let result = md5Sum.digest(); // 獲取加密後結果

console.log(result); // <Buffer 5d 41 40 2a bc 4b 2a 76 b9 71 9d 91 10 17 c5 92>複製程式碼

digest 方法引數用於指定加密後的返回值的格式，不傳參預設返回加密後的 Buffer，常用的引數有 hex 和 Base64，hex 代表十六進位制，加密後長度為 32，Base64 的結果長度為 24，以 == 結尾。

const crypto = require("crypto");

let md5 = crypto.createHash("md5");
let md5Sum = md5.update("hello");
let result = md5Sum.digest("hex");

console.log(result); // 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592複製程式碼

const crypto = require("crypto");

let md5 = crypto.createHash("md5");
let md5Sum = md5.update("hello");
let result = md5Sum.digest("Base64");

console.log(result); // XUFAKrxLKna5cZ2REBfFkg==複製程式碼

update 方法的返回值就是 this，即當前例項，所以支援鏈式呼叫，較長的資訊也可以多次呼叫 update 方法進行分段加密，呼叫 digest 方法同樣會返回整個加密後的值。

const crypto = require("crypto");

let result = crypto
    .createHash("md5")
    .update("he")
    .update("llo")
    .digest("hex");

console.log(result); // 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592複製程式碼

由於可以使用 update 進行分段加密，就可以結合流來使用，其實 crypto 的本質是建立 Transform 型別的轉化流，可以將可讀流轉化成可寫流。

const crypto = require("crypto");
let fs = require("fs");

let md5 = crypto.createHash("md5");
let rs = fs.createReadSteam("./readme.txt", {
    highWaterMark: 3
});

// 讀取資料並加密
rs.on("data", data => md5.update(data));

rs.on("end", () => {
    let result = md5.digest("hex");
    console.log(result);
});複製程式碼

Hmac 演算法

1、Hmac 演算法的使用

Hmac 演算法又稱加鹽演算法，是將雜湊演算法與一個金鑰結合在一起，用來阻止對簽名完整性的破壞，同樣具備 md5加密的幾個特點。

const crytpo = require("crytpo");

let hmac = crytpo.createHmac("sha1", "panda");
let result = hmac.update("hello").digest("Base64");

console.log(result); // 7spMLxN8WJdcEtQ8Hm/LR9pUE3YsIGag9Dcai7lwioo=複製程式碼

crytpo.createHmac 第一個引數同 crytpo.createHash，為加密的演算法，常用 sha1 和 sha256，第二個引數為金鑰。

digest 方法生成的加密結果長度要大於 md5，hex 生成的結果長度為 64，Base64 生成的結果長度為 44，以 = 結尾。

2、建立金鑰的方法

可以安裝 openSSH 客戶端，並通過命令列生成儲存金鑰的檔案，命令如下。

openssl genrsa -out rsa_private.key 1024

openssl genrsa 代表生成金鑰，-out 代表輸出檔案，rsa_private.key 代表檔名，1024 代表輸出金鑰的大小。

const fs = require("fs");
const crytpo = require("crytpo");
const path = require("path");

let key = fs.readFileSync(path.join(__dirname, "/rsa_private.key"));
let hmac = crytpo.createHmac("sha256", key);

let result = hmac.update("hello").digest("Base64");

console.log(result); // bmi2N+6kwgwt5b+U+zSgjL/NFs+GsUnZmcieqLKBy4M=複製程式碼

對稱性加密

對稱性加密是傳送資料時使用金鑰和加密演算法進行加密，接收資料時需要使用相同的金鑰和加密演算法的逆演算法（解密演算法）進行解密，也就是說對稱性加密的過程是可逆的，crytpo 中使用的演算法為 blowfish。

const fs = require("fs");
const crypto = require("crypto");
const path = require("path");

let key = fs.readFileSync(path.join(__dirname, "/rsa_private.key"));

// 加密
let cipher = crypto.createCipher("blowfish", key);
cipher.update("hello");

// final 方法不能鏈式呼叫
let result = cipher.final("hex");
console.log(result); // 3eb9943113c7aa1e

// 解密
let decipher = crypto.createDecipher("blowfish", key);
decipher.update(result, "hex");

let data = decipher.final("utf8");
console.log(data); // hello複製程式碼

加密使用 crypto.createCipher 方法，解密使用 crypto.createDecipher 方法，但是使用的演算法和金鑰必須相同，需要注意的是解密過程中 update 中需要在第二個引數中指定加密時的格式，如 hex，在 final 還原資料時需要指定加密字元的編碼格式，如 utf8。

非對稱性加密

非對稱性加密相也是可逆的，較於對稱性加密要更安全，訊息傳輸方和接收方都會在本地建立一對金鑰，公鑰和私鑰，互相將自己的公鑰傳送給對方，每次訊息傳遞時使用對方的公鑰加密，對方接收訊息後使用他的的私鑰解密，這樣在公鑰傳遞的過程中被截獲也無法解密，因為公鑰加密的訊息只有配對的私鑰可以解密。

接下來我們使用 openSSH 對之前生成的私鑰 rsa_private.key 產生一個對應的公鑰，命令如下。

openssl rsa -in rsa_private.key -pubout -out rsa_public.key

上面的命令意思根據一個私鑰生成對應的公鑰，-pubout -out 代表公鑰輸出，rsa_public.key 為公鑰的檔名。

const fs = require("fs");
const crypto = require("crypto");
const path = require("path");

// 獲取公鑰和私鑰
let publicKey = fs.readFileSync(path.join(__dirname, "/rsa_public.key"));
let privateKey = fs.readFileSync(path.join(__dirname, "/rsa_private.key"));

// 加密
let secret = crytpo.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from("hello"));

// 解密
let result = crytpo.provateDecrypt(privateKey, secret);

console.log(result); // hello複製程式碼

使用公鑰加密的方法是 crytpo.publicEncrypt，第一個引數為公鑰，第二個引數為加密資訊（必須是 Buffer），使用私鑰解密的方法是 crytpo.provateDecrypt，第一個引數為私鑰，第二個引數為解密的資訊。

簽名

簽名與非對稱性加密非常類似，同樣有公鑰和私鑰，不同的是使用私鑰加密，對方使用公鑰進行解密驗證，以確保這段資料是私鑰的擁有者所發出的原始資料，且在網路中的傳輸過程中未被修改。

我們還使用 rsa_public.key 和 rsa_private.key 作為公鑰和私鑰，crypto 實現簽名程式碼如下。

const fs = require("fs");
const crypto = require("crypto");
const path = require("path");

// 獲取公鑰和私鑰
let publicKey = fs.readFileSync(path.join(__dirname, "rsa_public.key"), "ascii");
let privateKey = fs.readFileSync(path.join(__dirname, "rsa_private.key"), "ascii");

// 生成簽名
let sign = crypto.createSign("RSA-SHA256");
sign.update("panda");
let signed = sign.sign(privateKey, "hex");

// 驗證簽名
let verify = crypto.createVerify("RSA-SHA256");
verify.update("panda");
let verifyResult = verify.verify(publicKey, signed, "hex");

console.log(verifyResult); // true複製程式碼

生成簽名的 sign 方法有兩個引數，第一個引數為私鑰，第二個引數為生成簽名的格式，最後返回的 signed 為生成的簽名（字串）。

驗證簽名的 verify 方法有三個引數，第一個引數為公鑰，第二個引數為被驗證的簽名，第三個引數為生成簽名時的格式，返回為布林值，即是否通過驗證。

總結