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JS 开发密码学速览

2 years ago

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neoserver,ios ssh client

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。

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
- 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
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
- 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
- 不适合大数据块
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

不推荐的算法
- 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）
  - argon2i，抗 side-channel 攻击
  - argon2d，抗 GPU 攻击
  - argon2id（优先），以上组合
  - https://www.npmjs.com/package/argon2
- scrypt
  - crypto.scrypt

不推荐的算法
- AES-ECB
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
- https://www.npmjs.com/package/asn1js
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
- 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）
- 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
- SHA-256：window.crypto.subtle.digest('SHA-256', ...)
- HMAC: window.crypto.subtle.sign("HMAC", key, encoded)
- 口令哈希：https://www.npmjs.com/package/hash-wasm
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

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