一、文章概述在互联网时代，网络上的数据量每天都在以惊人的速度增长。与此同时，各种网络安全问题也层出不穷。在信息安全的重要性日益凸显的今天，作为开发者，更需要强化安全意识，通过技术手段提升服务的安全性。crypto模块是nodejs的核心模块之一，提供了安全相关的功能，如摘要计算、加密、电子签名等。面对长长的API列表，很多初学者不知如何上手，所以它涉及到很多安全领域的知识。本文重点讲解API背后的理论知识，主要包括以下内容：摘要（hash）、基于摘要的消息认证码（HMAC）对称加密、非对称加密、电子签名块加密模式本文摘自《Nodejs学习笔记》、更多章节及更新，请访问github主页地址。2.Digest(hash)摘要：以可变长度的消息作为输入，通过运行哈希函数生成固定长度的输出。此输出称为摘要。通常用于验证消息是否完整且未被篡改。摘要操作是不可逆的。也就是说，当输入固定时，输出也是固定的。但是，如果输出已知，输入就无法逆转。伪代码如下。digest=Hash(message)常用的摘要算法和对应的输出位数如下：MD5:128-bitSHA-1:160-bitSHA256:256-bitSHA512:512-bitnodejs中的例子：varcrypto=require('crypto');varmd5=crypto.createHash('md5');varmessage='hello';vardigest=md5.update(message,'utf8').digest('hex');console.log(digest);//输出结果如下：注意这里是16进制//5d41402abc4b2a76b9719d911017c592备注：在各种文章或文档中，abstract、hash、hash这三个词经常一起使用，导致很多初学者看的一头雾水.有时指的是同一个东西，只要记住上面summary的定义即可。3.MAC、HMAMAC(MessageAuthenticationCode)：消息认证码，保证数据完整性。操作的结果取决于消息本身和密钥。MAC可以用许多不同的方式实现，例如HMAC。HMAC（Hash-basedMessageAuthenticationCode）：可以粗略理解为一个带有秘钥的哈希函数。nodejs示例如下：constcrypto=require('crypto');//参数一：汇总函数//参数二：秘钥lethmac=crypto.createHmac('md5','123456');letret=hmac.update('hello').digest('hex');console.log(ret);//9c699d7af73a49247a239cb0dd2f81394.对称加密，非对称加密加解密：给定明文，通过一定算法，生成加密密文，这个过程叫做加密。反之就是解密。encryptedText=encrypt(plainText)plainText=decrypt(encryptedText)secretkey：为了进一步增强加解密算法的安全性，在加解密过程中引入了secretkey。密钥可以看作是加密/解密算法的一个参数。在已知密文的情况下，如果不知道用于解密的密钥，则无法解密密文。encryptedText=encrypt(plainText,encryptKey)plainText=decrypt(encryptedText,decryptKey)根据加解密密钥是否相同，加密算法可分为对称加密和非对称加密。1、对称加密加密和解密使用相同的密钥，即encryptKey===decryptKey。常见的对称加密算法：DES、3DES、AES、Blowfish、RC5、IDEA。加解密伪代码：encryptedText=encrypt(plainText,key);//加密plainText=decrypt(encryptedText,key);//解密2.非对称加密也称为公钥加密。加密和解密使用的密钥不同，即encryptKey!==decryptKey。加密密钥是公开的，称为公钥。解密密钥是保密的，称为秘密密钥。常见的非对称加密算法：RSA、DSA、ElGamal。加解密伪代码：encryptedText=encrypt(plainText,publicKey);//加密的明文=decrypt(encryptedText,privateKey);//解密3.比较与应用除了秘钥的不同，还有运算速度的不同。一般来说：对称加密比非对称加密快。非对称加密通常用于加密短文本，对称加密通常用于加密长文本。两者可以结合使用，比如HTTPS协议，在握手阶段可以通过RSA交换生成对称密钥。在后续的通信阶段，可以使用对称加密算法对数据进行加密，在握手阶段生成秘钥。备注：对称密钥交换不一定要通过RSA，也可以通过DH，这里不展开。5、数字签名从签名中，可以大致猜出数字签名的用途。主要功能如下：确认信息来自特定主体。确认信息完整且未被篡改。为了达到上述目的，需要两个过程：Sender：生成签名。接收方：验证签名。1.发送方对签名计算的原始信息生成摘要。使用私钥对摘要进行签名以获得电子签名。将电子签名的原始信息发送给接收方。附：签名伪码digest=hash(message);//计算摘要digitalSignature=sign(digest,privateKey);//计算数字签名2.接收方验证签名，用公钥对电子签名进行解密，得到摘要D1。（如果不能解决，信息源主体验证失败。）计算原始信息的摘要D2。比较D1和D2，如果D1等于D2，说明原始信息完整，没有被篡改。附：签名验证伪码digest1=verify(digitalSignature,publicKey);//获取摘要digest2=hash(message);//计算原始消息的摘要digest1===digest2//验证是否相等3.相对于非对称加密由于RSA算法的特殊性，加密/解密，签名/验证看起来很相似，很多同学很容易混淆。先记住下面的结论，以后有时间再详细介绍。加密/解密：公钥加密，私钥解密。签名/验证：私钥签名，公钥验证。6.块加密方式、填充和初始化向量常见的对称加密算法，如AES、DES，都采用块加密方式。其中，需要掌握三个关键概念：mode、padding、initializationvector。只有理解了这三点，我们才能知道crypto模块的对称加密API的参数是什么意思，如果出现问题应该如何排查。1、分块加密方式所谓分块加密就是将（较长的）明文拆分成固定长度的块，然后按照特定的方式对拆分后的块进行加密。常见的数据包加密方式有：ECB（不安全）、CBC（最常用）、CFB、OFB、CTR等。以最简单的ECB为例，先将报文拆分成相等的模块，然后用秘钥加密.图片来源：这里，更多关于块加密模式的介绍可以在wiki中找到。下面假设每个块的长度为128位2.初始化向量：IV为了增强算法的安全性，在一些块加密模式（CFB、OFB、CTR)来随机化加密结果。也就是说，对于同一份明文，IV不同，加密的结果也不同。以CBC为例，每个数据块与前一个加密块经过OR运算后进行加密。对于第一个数据块，它与IV进行或运算。IV的大小与数据块的大小（128位）有关，与秘钥的长度无关。如图，图片来源在这里3.Padding：padding块加密方式需要对固定长度的块进行加密。数据包拆分后，最后一个数据块的长度可能小于128位。这时候需要padding来满足长度要求。有多种填充方法。常用的填充方式是PKCS7。假设数据包长度为k字节，最后一个数据包长度为k-last，可以看出无论明文长度是多少，明文都会在加密前进行填充（否则解密函数无法区分最后一个数据包是否被填充,因为有一种情况是最后一个包的长度正好等于k)如果最后一个包的长度等于k-last===k,那么填充的内容就是一个完整的包kkk...k(kbytes)如果最后一个包的长度小于k-last
