安全地在前后端之間傳輸數(shù)據(jù) - 「1」技術(shù)預(yù)研
引
已經(jīng)不是第一次寫這個主題了，最近有朋友拿 5 年前的《Web 應(yīng)用中保證密碼傳輸安全》來問我：“為什么按你說的一步步做下來，后端解不出來呢？”加解密這種事情，差之毫厘謬以千里，我認(rèn)為多半就是什么參數(shù)沒整對，仔細(xì)查查改對了就行。代碼拿來一看，傻眼了……沒毛病啊，為啥解不出來呢？
時間久遠(yuǎn)，原文附帶的源代碼已經(jīng)下不下來了。翻閱各種參考鏈接的時候從 CodeProject 上找了個代碼，把各參數(shù)換過去一試，沒毛病呀！這可奇了怪了，于是去 RSA.js 的文檔（沒有專門的文檔，就是文檔注釋）中查，發(fā)現(xiàn) RSA.js 在 2014 年 1 月加入了 Padding 參數(shù)，《Web 應(yīng)用中保證密碼傳輸安全》雖然是 2014 年 2 月寫的，但可能陰差陽錯用到了老版本。
不就是 Padding 嗎，文檔也懶得看了，前后端都指定 PKCS1Padding 試試。失??！
那暴力一點(diǎn)，所有 Padding 都試試！
前端使用 RSA.js 在 RSAAPP 中定義的 4 種 Padding，后端 C# 使用 RSAEncryptionPadding 中定義的 5 種 Padding，組合了 20 種情況，逐一試驗……好吧，沒一個對的！
世界上這么多樹，何必非要在這一棵上吊死，何況它還沒有發(fā)布到 npm …… 理由找夠了，咱就換！
網(wǎng)上搜了一圈之后，選擇了 JSEncrypt 這個庫。
核心知識
在講 JSEncrypt 之前，咱們回到“安全傳輸”這一主題。這一主題的關(guān)鍵技術(shù)在于加解密，說起加解密，那就是三大類算法：HASH（摘要）算法、對稱加密算法和非對稱加密算法?；镜陌踩珎鬏斶^程可以用一張圖來 展示：
不過這只是最基本的安全傳輸理論，實(shí)際上，證書（公鑰）分發(fā)等方面仍然存在安全隱患，所以才會有CA、才會有受信根證書……不過這里不作延展，只給個結(jié)論：在 Web 前后端傳輸這個問題上，HTTPS 就是最佳實(shí)踐，是首選 Web 傳輸解決方案，只有在不能使用 HTTPS 的情況，才退而求其次，用自己的實(shí)現(xiàn)來提高一點(diǎn)安全門檻。
JSEncrypt
JSEncrypt 一個月前剛有新版本，還算活躍。不過在使用方式上跟 RSA.js 不同，它不需要指定 RSA 的參數(shù)，而是直接導(dǎo)入一個 PEM 格式的密鑰（證書）。關(guān)于證書格式呢，就不在這里科普了，總之 PEM 是一種文本格式，Base64 編碼。
既然 JSEnrypt 需要導(dǎo)入密鑰，這里主要是需要導(dǎo)入公鑰。我們來看看 C# 里 RSACryptoServiceProvider 能導(dǎo)出些什么，搜了一下 Export... 方法，導(dǎo)出公約相關(guān)的主要就這兩個：
因為原始需求是用 .NET，所以先研究 .NET 跟 JSEncrypt 的配合，后面再補(bǔ)充 NodeJS 和 Java 的。
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ExportRSAPublicKey()，以 PKCS#1 RSAPublicKey 格式導(dǎo)出當(dāng)前密鑰的公鑰部分。 -
ExportSubjectPublicKeyInfo()，以 X.509 SubjectPublicKeyInfo 格式導(dǎo)出當(dāng)前密鑰的公鑰部分。
還有兩個 Try... 前綴的方法作用相似，可以忽略。這兩個方法的區(qū)別就在于導(dǎo)出的格式不同，一個是 PKCS#1 (Public-Key Cryptography Standards)，一個是 SPKI (Subject Public Key Info)。
JSEncrypt 能導(dǎo)入哪種格式呢？文檔里沒明確說明，不妨試試。
C# 產(chǎn)生密鑰并導(dǎo)出
C# 中產(chǎn)生 RSA 密鑰對比較簡單，使用 RSACryptoServiceProvider 就行，比如產(chǎn)生一對 1024 位的 RSA 密鑰，并以 XML 格式導(dǎo)出：
// C# Code private RSACryptoServiceProvider GenerateRsaKeys(int keySize = 1024) { var rsa = new RSACryptoServiceProvider(keySize); var xmlPrivateKey = rsa.ToXmlString(true); // 如果需要單獨(dú)的公鑰部分，將傳入 `ToXmlString()` 改為 false 就好 // var xmlPublicKey = rsa.ToXmlString(false); File.WriteAllText("RSA_KEY", xmlPrivateKey); return rsa;
}
為了能在進(jìn)程每次重啟都使用相同的密鑰，上面的示例將產(chǎn)生的 xmlPrivateKey 保存到文件中，重啟進(jìn)程時可以嘗試從文件加載導(dǎo)入。注意，由于私鑰包含公鑰，所以只需要保存 xmlPrivateKey 就夠了。那么加載的過程：
// C# Code private RSACryptoServiceProvider LoadRsaKeys() { if (!File.Exists("RSA_KEY")) { return null; } var xmlPrivateKey = File.ReadAllText("RSA_KEY"); var rsa = new RSACryptoServiceProvider();
rsa.FromXmlString(xmlPrivateKey); return rsa;
}
先嘗試導(dǎo)入，不成再新生成的過程就一句話：
// C# Code var rsa = LoadRsaKeys() ?? GenerateRsaKeys();
導(dǎo)出 XML Key 是為了持久化。JSEncrypt 需要的是 PEM 格式的證書，也就是 Base64 編碼的證書。ExportRSAPublicKey 和 ExportSubjectPublicKeyInfo 這兩個方法的返回類型都是 byte[]，所以需要對它們進(jìn)行 Base64 編碼。這里使用 Viyi.Util 提供的 Base64Encode() 擴(kuò)展方法來實(shí)現(xiàn)：
// C# Code var pkcs1 = rsa.ExportRSAPublicKey().Base64Encode(); var spki = rsa.ExportSubjectPublicKeyInfo().Base64Encode();
嚴(yán)格的說，PEM 格式還應(yīng)該加上 -----BEGIN PUBLIC KEY----- 和 -----END PUBLIC KEY----- 這樣的標(biāo)頭標(biāo)尾，Base64 編碼也應(yīng)該按每行 64 個字符進(jìn)行折行處理。不過實(shí)測 JSEncrypt 導(dǎo)入時不會要求這么嚴(yán)格，省了不少事。
剩下的就是將 pkcs1 和 spki 傳遞給前端了。Web 應(yīng)用直接通過 API 返回一個 JSON，或者 TEXT 都行，根據(jù)接口規(guī)范來決定。當(dāng)然也可以通過拷貝/粘貼的方式來傳遞。這里既然是在做實(shí)驗，那就用 Console.WriteLine 輸出到控制臺，通過剪貼板來傳遞好了。
我這里 PKCS#1 導(dǎo)出的是長度為 188 個字符的 Base64：
MIGJAoGB...tAgMBAAE=
SPKI 導(dǎo)出的是長度為 216 個字符的 Base64：
MIGfMA0GC...QIDAQAB
JSEncrypt 導(dǎo)入公鑰并加密
JSEncrypt 提供了 setPublicKey() 和 setPrivateKey() 來導(dǎo)入密鑰。不過文檔中提到它們其實(shí)都是 setKey() 的別名，這點(diǎn)需要注意一下。為了避免語義不清，我建議直接使用 setKey()。
You can use also setPrivateKey and setPublicKey, they are both alias to setKey
from: http://travistidwell.com/jsen...
那么導(dǎo)入公鑰并試驗加密的過程大概會是這樣：
// JavaScript Code const pkcs1 = "MIGJAoGB...tAgMBAAE="; // 注意，這里的 KEY 值僅作示意，并不完整 const spki = "MIGfMA0GC...QIDAQAB"; // 注意，這里的 KEY 值僅作示意，并不完整 [pkcs1, spki].forEach((pKey, i) => { const jse = new JSEncrypt();
jse.setKey(pKey); const eCodes = jse.encrypt("Hello World"); console.log(`[${i} Result]: ${eCodes}`);
});
運(yùn)行后得到輸出（密文也是省略了中間很長一串的 ）：
[0 Result]: false [1 Result]: ZkhFRnigoHt...wXQX4=
看這結(jié)果，沒啥懸念了，JSEncrypt 只認(rèn) SPKI 格式。
不過還得去 C# 中驗證這個密文是可以解出來的。
C# 驗證可以解密 JSEncrypt 生成的密文
上面生成的那一段 ZkhFRnigoHt...wXQX4= 拷貝到 C# 代碼中，用來驗證解密。C# 使用 RSACryptoServiceProvider.Decrypt() 實(shí)例方法來解密，這個方法的第 1 個參數(shù)是密文，類型 byte[]，是以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式提供的。
第二個參數(shù)可以是 boolean 類型，true 表示使用 OAEP 填充方式，false 表示使用 PKCS#1 v1.5；這個參數(shù)也可以是 RSAEncryptionPadding 對象，直接從預(yù)定義的幾個靜態(tài)對象中選擇一個就好。這些在文檔中都說得很清楚。因為一般都是使用的 PKCS 填充方式，所以這次賭一把，直接上：
// C# Code var eCodes = "ZkhFRnigoHt...wXQX4="; // 示例代碼這里省略了中間大部分內(nèi)容 var rsa = LoadRsaKeys(); // rsa 肯定是使用之前生成的密鑰對，要不然沒法解密 byte[] data = rsa.Decrypt(eCodes.Base64Decode(), false);
Console.WriteLine(data.GetString()); // GetString 也是 Viyi.Util 中定義的擴(kuò)展方法，默認(rèn)用 UTF8 編碼
結(jié)果正如預(yù)期：
Hello World
技術(shù)總結(jié)
現(xiàn)在，通過實(shí)驗，Web 前端使用 JSEncrypt 和 .NET 后端之間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 RSA 加/解密來完成安全的數(shù)據(jù)傳輸。其做法總結(jié)如下：
- 后端產(chǎn)生 RSA 密鑰對，保存?zhèn)溆?。保存方式可根?jù)實(shí)際情況選擇：內(nèi)存、文件、數(shù)據(jù)庫、緩存服務(wù)等
- 后端以 SPKI 格式導(dǎo)出公鑰（別忘了 Base64 編碼），通過某種業(yè)務(wù)接口形式傳遞給前端，或由前端主動請求獲得（比如調(diào)用特定 API）
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前端使用 JSEncrypt，通過
setKey()導(dǎo)入公鑰，使用encrypt()加密字符串。加密前字符串會按 UTF8 編碼成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 - 后端獲得前端加密后的數(shù)據(jù)（Base64 編碼）后，解密成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并使用 UTF8 解碼成文本。
特別需要注意的一點(diǎn)是：不管以何種方式（XML、PEM 等）將公鑰傳送給前端的時候，都切記不要把私鑰給出去了。這尤其容易發(fā)生在使用 .ToXmlString(true) 之后再直接把結(jié)果送給前端。不要問我為什么會有這么個提醒，要問就是因為……我見過！
關(guān)門放 Node
還沒完呢，前面說過要補(bǔ)充 NodeJS 后端的情況。NodeJS 關(guān)于加/解密的 SDK 都在 crypto 模塊中，
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使用
generateKeyPair()或generateKeyPairSync()來產(chǎn)生密鑰對 -
使用
privateDecrypt()來解密數(shù)據(jù)
generateKeyPair()是異步操作?，F(xiàn)在 Node 中異步函數(shù)很常見，尤其是寫 Web 服務(wù)端的時候，到處都是異步。不喜歡回調(diào)方式的話，可以使用util模塊中的promisify()把它轉(zhuǎn)換一下。
// JavaScript Code, in Node environtment import { promisify } from "util"; import crypto from "crypto"; const asyncGenerateKeyPair = promisify(crypto.generateKeyPair);
(async () => { const { publicKey, privateKey } = await asyncGenerateKeyPair( "rsa",
{ modulusLength: 1024, publicKeyEncoding: { type: "spki", format: "pem",
}, privateKeyEncoding: { type: "pkcs1", format: "pem" }
}
); console.log(publicKey) console.log(privateKey);
})();
generateKeyPair 第 1 個參數(shù)是算法，很明顯。第 2 個參數(shù)是選項，強(qiáng)度 1024 也很明顯。只有 publicKeyEncoding 和 privateKeyEncoding 需要稍微解釋一下 —— 其實(shí)文檔也說得很明白：參考 keyObject.export()。
對于公鑰，type 可選 "pkcs1" 或者 "spki"，之前已經(jīng)試過，JSEncrypt 只認(rèn) "spki"，所以沒得選。
對于私鑰，RSA 只能選 "pkcs1"，所以還是沒得選。
不過 NodeJS 的 PEM 輸出要規(guī)范得多，看（同樣省略了中間部分）：
-----BEGIN PUBLIC KEY----- MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYur0zYBtqOqs98l4rh1J2olBb ... ... ... 8I8y4j9dZw05HD3u7QIDAQAB -----END PUBLIC KEY----- -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- MIICXAIBAAKBgQCYur0zYBtqOqs98l4rh1J2olBbYpm5n6aNonWJ6y59smqipfj5 ... ... ... UJKGwVN8328z40R5w0iXqtYNvEhRtYGl0pTBP1FjJKg= -----END RSA PRIVATE KEY-----
不管是否含標(biāo)頭/標(biāo)尾，也不管是不是有折行，JSEncrypt 都認(rèn)，所以倒不用太在意這些細(xì)節(jié)?？傊?JSEncrypt 拿到公鑰之后還是跟之前一樣，做同樣的事情，邏輯代碼一個字都不用改。
然后回到 NodeJS 解密：
// JavaScript Code, in Node environtment import crypto from "crypto"; const eCodes = "ZkhFRnigoHt...wXQX4="; // 作為示例，偷個懶就用之前的那一段了 const buffer = crypto.privateDecrypt(
{ key: privateKey, padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PADDING }, Buffer.from(eCodes, "base64")
); console.log(buffer.toString());
privateDecrypt() 第 1 個參數(shù)給私鑰，可以是之前導(dǎo)出的私鑰 PEM，也可以是沒導(dǎo)出的 KeyObject 對象。需要注意的是必須要指定填充方式是 RSA_PKCS1_PADDING，因為文檔說默認(rèn)使用 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING。
還有一點(diǎn)需要注意的是別忘了 Buffer.from(..., "base64")。
解密的結(jié)果是保存在 Buffer 中的，直接 toString() 轉(zhuǎn)成字符串就好，顯示指定 UTF-8，用 toString("utf-8") 當(dāng)然也是可以的。
等等，還有 Java 呢
Java 也大同小異，不過說實(shí)在，代碼量要大不少。為了干這些事情，大概需要導(dǎo)入這么些類：
// Java Code import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.security.KeyFactory; import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; import java.util.Base64; import java.util.Base64.Decoder; import java.util.Base64.Encoder; import javax.crypto.Cipher;
然后是產(chǎn)生密鑰對
// Java Code KeyPairGenerator gen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
gen.initialize(1024); KeyPair pair = gen.generateKeyPair(); Encoder base64Encoder = Base64.getEncoder(); String publicKey = base64Encoder.encodeToString(pair.getPublic().getEncoded()); String privateKey = base64Encoder.encodeToString(pair.getPrivate().getEncoded()); // 這里輸出 PKCS#8，所以解密時需要用 PKCS8EncodedKeySpec System.out.println(pair.getPrivate().getFormat());
產(chǎn)生的 publicKey 和 privateKey 都是純純的 Base64，沒有其他內(nèi)容（沒有標(biāo)頭/標(biāo)尾等）。
然后是解密過程……
// Java Code String eCode = "k7M0hD....qvdk="; // 再次聲明，這是僅為演示寫的閹割版數(shù)據(jù) Decoder base64Decoder = Base64.getDecoder(); PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(base64Decoder.decode(privateKey)); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA"); Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyFactory.generatePrivate(keySpec)); byte[] data = cipher.doFinal(base64Decoder.decode(eCode));
System.out.println(new String(data, StandardCharsets.UTF_8));
尾聲
寫完 Java 是真累，所以，以后的后端示例就用 NodeJS 了 —— 不是 Java 的鍋，主要是不想切環(huán)境。
下節(jié)看點(diǎn)：「注冊」的 DEMO，安全傳輸和保存用戶密碼。「傳送門」
文章轉(zhuǎn)自：https://segmentfault.com/a/1190000039827138/