簡介
Diffie-Hellman(簡稱DH)是金鑰交換演算法之一,它的作用是保證通訊雙方在非安全的通道中安全地交換金鑰。目前DH最重要的應用場景之一,就是在HTTPS的握手階段,客戶端、服務端利用DH演算法交換對稱金鑰。
下面會先簡單介紹DH的數理基礎,然後舉例說明如何在nodejs中使用DH相關的API。
數論基礎
要理解DH演算法,需要掌握一定的數論基礎。感興趣的可以進一步研究推導過程,或者直接記住下面結論,然後進入下一節。
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假設 Y = a^X mod p,已知X的情況下,很容易算出Y;已知道Y的情況下,很難算出X;
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(a^Xa mod p)^Xb mod p = a^(Xa * Xb) mod p
握手步驟說明
假設客戶端、服務端挑選兩個素數a、p(都公開),然後
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客戶端:選擇自然數Xa,Ya = a^Xa mod p,並將Ya傳送給服務端;
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服務端:選擇自然數Xb,Yb = a^Xb mod p,並將Yb傳送給客戶端;
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客戶端:計算 Ka = Yb^Xa mod p
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服務端:計算 Kb = Ya^Xb mod p
Ka = Yb^Xa mod p
= (a^Xb mod p)^Xa mod p = a^(Xb * Xa) mod p = (a^Xa mod p)^Xb mod p = Ya^Xb mod p = Kb
可以看到,儘管客戶端、服務端彼此不知道對方的Xa、Xb,但算出了相等的secret。
Nodejs程式碼示例
結合前面小結的介紹來看下面程式碼,其中,要點之一就是client、server採用相同的素數a、p。
var crypto = require(`crypto`);
var primeLength = 1024; // 素數p的長度
var generator = 5; // 素數a
// 建立客戶端的DH例項
var client = crypto.createDiffieHellman(primeLength, generator);
// 產生公、私鑰對,Ya = a^Xa mod p
var clientKey = client.generateKeys();
// 建立服務端的DH例項,採用跟客戶端相同的素數a、p
var server = crypto.createDiffieHellman(client.getPrime(), client.getGenerator());
// 產生公、私鑰對,Yb = a^Xb mod p
var serverKey = server.generateKeys();
// 計算 Ka = Yb^Xa mod p
var clientSecret = client.computeSecret(server.getPublicKey());
// 計算 Kb = Ya^Xb mod p
var serverSecret = server.computeSecret(client.getPublicKey());
// 由於素數p是動態生成的,所以每次列印都不一樣
// 但是 clientSecret === serverSecret
console.log(clientSecret.toString(`hex`));
console.log(serverSecret.toString(`hex`));