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Node.js_crypto 模块

发表于 更新于 分类于 Valine：
本文字数： 7.3k 阅读时长 ≈ 7 分钟

Hash 算法

查看 crypto 模块支持的 hash 函数：crypto.getHashes()

[ 'RSA-MD4',
  'RSA-MD5',
  'RSA-MDC2',
  'RSA-RIPEMD160',
  'RSA-SHA1',
  'RSA-SHA1-2',
  'RSA-SHA224',
  'RSA-SHA256',
  'RSA-SHA384',
  'RSA-SHA512',
  'blake2b512',
  'blake2s256',
  'md4',
  'md4WithRSAEncryption',
  'md5',
  'md5-sha1',
  'md5WithRSAEncryption',
  'mdc2',
  'mdc2WithRSA',
  'ripemd',
  'ripemd160',
  'ripemd160WithRSA',
  'rmd160',
  'sha1',
  'sha1WithRSAEncryption',
  'sha224',
  'sha224WithRSAEncryption',
  'sha256',
  'sha256WithRSAEncryption',
  'sha384',
  'sha384WithRSAEncryption',
  'sha512',
  'sha512WithRSAEncryption',
  'ssl3-md5',
  'ssl3-sha1',
  'whirlpool' ]

SHA-256

示例：使用 hash.update() 和 hash.digest()：

const crypto = require('crypto');
const hash = crypto.createHash('sha256'); // 创建哈希函数 sha256

hash.update('some data to hash', 'utf8');
console.log(hash.digest('hex'));

// 输出
// 6a2da20943931e9834fc12cfe5bb47bbd9ae43489a30726962b576f4e3993e50

PBKDF2

PBKDF2 是 Node.js 的 crypto 模块原生支持的标准方法。

const crypto = require('crypto');

function pbkdf2_encrypt(username, password) {
  // crypto.randomBytes(）方法生成 32 字节的随机数 - 这里作为盐值
  crypto.randomBytes(32, (err, salt) => {
    if (err) throw err;

    // 参数列表：（密码，盐值，迭代次数，密钥长度，摘要函数）
    crypto.pbkdf2(password, salt, 4096, 512, 'sha256', (err, key) => {
      if (err) throw err;
      // 将用户名、密码哈希值和盐值存入数据库
      console.log(username, key.toString('hex'), salt.toString('hex'));
    });
  });
}

pbkdf2_encrypt('zhangSan', '123456');

同步函数示例：

const salt = crypto.randomBytes(32);
const result = crypto.pbkdf2Sync(password, salt, 4096, 512, 'sha256');

Hmac 算法

const crypto = require('crypto');
const key = 'BDvDYUmfdykkBLgX';
const hmac = crypto.createHmac('sha1', key.toString('ascii'));

hmac.update('data to crypt');
console.log(hmac.digest('hex')); 

// 输出
// a43bfb9f12b6f69ad9fcd4338a981efbed2569ae

加盐（salt）

盐值就是随机数值，用于在计算密码的哈希值时加强数据的安全性，可以有效抵御诸如字典攻击、彩虹表攻击等密码攻击媒介。

常见的 Hash 算法使用示例：

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

let password = '123456';
// 直接对密码原文进行 Hash
md5.update(password);
console.log(md5.digest('hex')); 

// 输出
// e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
// 可以通过 <https://www.cmd5.com/> 反向查询得到密码，不够安全。

加 “盐” 的 Hash 算法：

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

let password = '123456';
let salt = 'hhug6dcKyCNBQ5sUC0i6hja5dCTqdSzV'; // 盐值
// 将密码拼接上任意长度的随机字符串后，再进行 Hash
md5.update(password+salt);
console.log(md5.digest('hex'));

// 输出
// b2d23b0443c319e574f1ea3f8bddc6e0

crypto.randomBytes() 方法可以生成随机数，用于作为密钥或者盐值：

const crypto = require('crypto');

// crypto.randomBytes() 生成强加密的伪随机数
crypto.randomBytes(16, (err, buf) => {
  if (err) throw err;
  console.log(`${buf.length} bytes of random data: ${buf.toString('hex')}`);
});

// 打印
// 16 bytes of random data: 411fd0a79188f2fde58a91ea0302f148

使用 Node crypto 模块为哈希函数生成随机的盐值：

const crypto = require('crypto');

// 1. 异步方法
crypto.randomBytes(32, (err, salt) => {
  if (err) throw err;

  // 记录盐值可读的字符串版本
  console.log('salt: ' + salt.toString('hex'));

  // 后续步骤：使用盐值
});

// 2. 同步方法
const buf = crypto.randomBytes(256);

加密（Cipher）和解密（Decipher）算法

对称加密算法

查看 Openssl 对称加密算法列表：

$ openssl list -cipher-algorithms
$ openssl list-cipher-algorithms # 旧版本命令

AES-256-GCM 示例 1:

'use strict';

const crypto = require('crypto');

// 初始化参数
const text = 'Encryption Testing AES GCM mode'; // 要加密和解密的数据
const key = crypto.randomBytes(32); // 256 位的共享密钥
const iv = crypto.randomBytes(16); // 初始向量，16 字节
const algorithm = 'aes-256-gcm'; // 加密算法和操作模式

// 加密
const cipher = crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv); // 初始化加密算法
let encrypted = cipher.update(text, 'utf8', 'hex');
encrypted += cipher.final('hex');
const tag = cipher.getAuthTag(); // 生成标签，用于验证密文的来源

// 解密
const decipher = crypto.createDecipheriv(algorithm, key, iv); // 初始化解密算法
decipher.setAuthTag(tag); // 传入验证标签，验证密文的来源
let decrypted = decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8');
decrypted += decipher.final('utf8');

console.log(decrypted); // Encryption Testing AES GCM mode

AES-256-GCM 示例 2:

  • Github - crypto-aes-256-gem-demo.js
  • GitHub: AES 简介
'use strict';

const crypto = require('crypto');

const aes256gcm = key => {
  const ALGO = 'aes-256-gcm';

  // encrypt returns base64-encoded ciphertext
  const encrypt = str => {
    // Hint: the 'iv' should be unique (but not necessarily random).
    // 'randomBytes' here are (relatively) slow but convenient for demonstration
    const iv = new Buffer.from(crypto.randomBytes(16), 'utf8');
    const cipher = crypto.createCipheriv(ALGO, key, iv);

    // Hint: Larger inputs (it's GCM, after all!) should use the stream API
    let enc = cipher.update(str, 'utf8', 'base64');
    enc += cipher.final('base64');
    return [ enc, iv, cipher.getAuthTag() ];
  };

  // decrypt decodes base64-encoded ciphertext into a utf8-encoded string
  const decrpt = (enc, iv, authTag) => {
    const decipher = crypto.createDecipheriv(ALGO, key, iv);
    decipher.setAuthTag(authTag);
    let str = decipher.update(enc, 'base64', 'utf8');
    str += decipher.final('utf8');
    return str;
  };

  return { encrypt, decrpt };
};

// 加密密钥
// Note: a key size of 16 bytes will use AES-128, 24 => AES-192, 32 => AES-256
const KEY = new Buffer.from(crypto.randomBytes(32), 'utf8');

const aesCipher = aes256gcm(KEY);

// 加密
const [ encrypted, iv, authTag ] = aesCipher.encrypt('hello world');
// 解密
const decrypted = aesCipher.decrpt(encrypted, iv, authTag);

console.log(decrypted); // hello world

非对称加密算法的使用，1. 公钥加密 - 私钥解密；2. 私钥加密 - 公钥解密。

  • crypto.publicEncrypt(key, buffer)
  • crypto.publicDecrypt(key, buffer)
  • crypto.privateEncrypt(privateKey, buffer)
  • crypto.privateDecrypt(privateKey, buffer)

使用 RSA 2048 进行公钥加密，私钥解密

使用 OpenSSL 生成 2048 位 RSA 密钥：

# 1.生成 2048位 RSA 私钥
$ openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 2048

# 2. 通过私钥生成公钥
$ openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem

使用公钥加密数据，再使用私钥解密数据：

const crypto = require('crypto');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const root = __dirname;

const publicKey = fs.readFileSync(path.join(root, './rsa_public_key.pem')).toString('ascii');
const privateKey = fs.readFileSync(path.join(root, './rsa_private_key.pem')).toString('ascii');
const data = 'data to crypt';

// 公钥加密
const encryptData = crypto.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from(data)).toString('base64');
console.log('encode', encryptData);

// 私钥解密
const decryptData = crypto.privateDecrypt(privateKey, Buffer.from(encryptData.toString('base64'), 'base64'));
console.log('decode', decryptData.toString());

签名（Sign）和验证（Verify）算法

签名算法示例：

const crypto = require('crypto');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const root = __dirname;

// 加载私钥文件
const pem = fs.readFileSync(path.join(root, './rsa_private_key.pem'));
const key = pem.toString('ascii');

const sign = crypto.createSign('RSA-SHA256'); // 创建签名算法
sign.update('data to sign'); // 更新待签名内容
const result = sign.sign(key, 'hex'); // 生成并返回签名
console.log('result:', result);

// 打印
// 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

验证算法示例：

const crypto = require('crypto');
const fs = require('fs');
const path = require('path');
const root = __dirname;

// 加载公钥文件
const publicKey = fs.readFileSync(path.join(root, './rsa_public_key.pem')).toString('ascii');

const verify = crypto.createVerify('RSA-SHA256'); // 创建验证算法
verify.update('data to sign');
console.log(verify.verify(publicKey, result, 'hex'));

// 打印
// true

参考

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 Hash 类计算数据的哈希值

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 Hmac 类计算哈希密钥

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 Cipher 类加密数据

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 Decipher 类解密数据

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 Sign 类生成数字签名并使用 Verify 类验证数字签名

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 DiffieHellman 类生成交换密钥

  • Node.js 的加密模块 crypto 之使用 ECDH 类生成 EC Diffie-Hellman 交换密钥

  • Identity and Data Security for Web DevelopmentReport abuse

  • Node.js 使用 RSA 加密 / 解密

相关第三方库

  • bcrypt—— 密码哈希函数
  • bcrypt.js
  • node-rsa
  • node-forge

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