老胡茶室
老胡茶室
Beta

JS 开发密码学速览

胡键
#typescript #密码学 #以太坊

加密 API 选用原则

  • 优先语言标准库。
  • 优先知名且经过审计的库。
  • 选用第三方库时，先摸清背景。

基础

  • 编码：使用 Buffer 完成各类编码格式转换。
  • 随机数
    • 各类加密技术的基础。
    • 真随机数获取极其困难，常用加密专用伪随机数。
    • 不要使用 Math.random ！！
    • 使用 crypto 模块中的 random 函数，如 crypto.randomBytes
  • Hash
    • 单向。
    • 输出为定长字符串。
    • 相同输入，输出相同。
    • 不同输入，输出不同。
    • 典型应用
      • 数据完整性验证
      • 口令哈希
      • 派生密钥
  • 密钥
    • 派生密钥：由主密钥生成的密钥。
    • 密钥封装：加密并导出密钥。
    • 解封密钥：解密并导入密钥。
  • 认证加密：加密且防篡改
  • 对称加密
    • 加解密使用相同密钥
    • 速度快
    • 可操作大数据块
    • 密钥交换是难题
  • 非对称加密
    • 公钥 + 私钥
      • 加密：公钥加密，私钥解密
      • 签名：私钥加密，公钥解密
    • 速度慢
    • 不适合大数据块
    • 典型应用
      • 密钥交换
      • 数字证书
      • 数字签名
  • 混合加密
    • 以上两种组合
      • 非对称加密交换密钥
      • 对称加密操作数据
  • 加密模式
    • 块加密，先分组再加密。
      • 永远不要使用 ECB 模式。
    • 流加密，处理连续或长度未知的字节流，当明文很小时有优势。

Hash

  • 不推荐的算法
    • MD5
    • SHA-1
    • PBKDF2
    • bcrypt
  • 消息摘要：SHA-256 及其它同族
    • crypto.createHash('sha256')
    • 对于大数据采用流模式
    • 不要用于敏感数据，如口令。
  • 消息认证码（HMAC）
    • 结合哈希和密钥（密钥需双方事先协商）
    • crypto.createHmac('sha256', 'secret')
  • 口令哈希和 KDF（Key Derivation Function）
    • 特点：
      • 自带 salt
      • 有意用慢算法抵消硬件升级带来的计算速度提升
    • argon2（优先）
    • scrypt
      • crypto.scrypt

对称加密

  • 不推荐的算法
    • DES，包括 3DES。
    • Blowfish
      • TWofish 是其后继，但不流行。
    • AES-ECB
      • 其他算法的 ECB 模式也不推荐。
  • AES
    • 典型模式：
      • AES-CBC，不需要认证时
        • crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', ...)
        • crypto.createDecipheriv('aes-256-cbc', ...)
      • AES-GCM，需要认证时
        • crypto.createCipheriv('aes-256-gcm', ...)
        • crypto.createDecipheriv('aes-256-gcm', ...)
    • 对于大数据采用流模式
  • ChaCha20-Poly1305
    • ChaCha20 加密 + Poly1305 哈希
    • 等同于 AES-GCM
    • 适用于无 AES 硬件加速支持的环境
    • crypto.createCipheriv('chacha20-poly1305', ...)
    • crypto.createDecipheriv('chacha20-poly1305', ...)

非对称加密

  • ASN.1 数据结构

  • 键编码格式：PEM 格式

    • 公钥：SPKI

      • // 导入
crypto.createPrivateKey(fs.readFileSync("public.pem"));

    • 私钥：

      • PKCS #1（旧，RSA only）

      • PKCS #8（新，面向多种算法）

      • //导入
crypto.createPrivateKey(fs.readFileSync("private.pem"));

    • 导出：crypto.KeyObject.export(option)

  • RSA

    • key

      • crypto.generateKeyPair('rsa', ...)

    • 加解密

      • padding：加密前给明文加入随机数据以提高 RSA 的抗攻击能力。

        • 如无理由，总是使用。
        • crypto.constants.RSA_PKCS1_OAEP_PADDING（推荐）
        • crypto.constants.RSA_PKCS1_PADDING（不推荐）
      • crypto.publicEncrypt(
  {
    key: publicKey,
    padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_OAEP_PADDING,
    oaepHash: "sha256",
  },
  plaintext
);
      • crypto.privateDecrypt(
  {
    key: privateKey,
    padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_OAEP_PADDING,
    oaepHash: "sha256",
  },
  message
);

    • 数字签名

      • padding:

        • crypto.constants.RSA_PKCS1_PADDING（缺省）
        • crypto.constants.RSA_PKCS1_PSS_PADDING（新版本，推荐）
      • crypto.sign("sha256", message, {
  key: privateKey,
  padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PSS_PADDING,
});
      • crypto.verify(
  "sha256",
  message,
  {
    key: publicKey,
    padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PSS_PADDING,
  },
  signature
);

  • 椭圆曲线

    • 与 RSA 同等的安全性
    • 密钥更短、更快、消耗资源更少
    • 不同于 RSA，它的密钥对不支持非对称加密，即：公钥解密私钥或反之。
    • 常用曲线
      • P-256：secp256r1 / prime256v1，NIST 标准
      • Curve25519
        • 密钥交换时，X25519
        • 数字签名时，Ed25519
      • secp256k1，比特币采用
    • 典型应用
      • 密钥交换（ECDH）
      • 数字签名
    • key
      • crypto.generateKeyPair('ec', ...)
    • ECDH
      • 不同于 RSA（一方用另一方的公钥加密密钥之后，发给对方解密即可）。
      • DH 协议
        • Alice 和 Bob 各生成一个密钥对
        • 两者交换对方的公钥
        • 结合自身的私钥生成公共密钥，即：
          • shareSecret(A 公钥, B 私钥) = shareSecret(B 公钥, A 私钥)
      • crypto.diffieHellman({对方公钥，自己私钥})
      • 公共密钥的一个参考实现：
        • crypto.diffieHellman 得到 shareSecret
        • 生成随机 salt
        • sha256(shareSecret, salt) 为公共密钥，注：salt 记得随密文传给对方。
    • 数字签名
      • ECDSA（使用 prime256v1）
        • crypto.sign('sha256', message, privateKey)
        • crypto.verify('sha256', message, publicKey, signature)
      • EdDSA（使用 Ed25519），因其已经内置数字签名算法，故无需外部配置 hash 函数。
        • crypto.sign(null, message, privateKey)
        • crypto.verify(null, message, publicKey, signature)

Web Crypto

  • 应用于浏览器环境
  • 编码
    • ArrayBuffer
    • atob 和 btoa
    • TextEncoder
  • 随机数：
    • Window.crypto.getRandomValues
    • Window.crypto.randomUUID
  • 密钥
    • window.crypto.subtle.generateKey(algorithm, extractable, usages)
    • window.crypto.subtle.importKey(format, data, algorithm, extractable, usages)
    • window.crypto.subtle.exportKey(format, key)
    • window.crypto.subtle.wrapKey
    • window.crypto.subtle.unwrapKey
    • window.crypto.subtle.deriveKey
  • 哈希
  • 加解密（同时适用于对称和非对称）
    • crypto.subtle.encrypt(algorithm, key, data)
    • crypto.subtle.decrypt(algorithm, key, data)
  • 数字签名
    • window.crypto.subtle.sign
    • window.crypto.subtle.verify

参考