Connaissance de la sécurité des modules crypto dans Nodejs (tutoriel détaillé)

Cet article vous donne une introduction détaillée aux connaissances en matière de sécurité du module crypto dans Nodejs. Les amis qui en ont besoin peuvent me suivre pour référence.

À l'ère d'Internet, la quantité de données sur le réseau augmente chaque jour à un rythme alarmant. Dans le même temps, divers problèmes de sécurité des réseaux émergent les uns après les autres. Aujourd'hui, alors que l'importance de la sécurité des informations devient de plus en plus importante, en tant que développeur, vous devez renforcer votre compréhension de la sécurité et améliorer la sécurité des services par des moyens techniques.

Le module crypto est l'un des modules de base de nodejs. Il fournit des fonctions liées à la sécurité, telles que les opérations de résumé, le cryptage, les signatures électroniques, etc. De nombreux débutants ne savent pas par où commencer avec la longue liste d'API, cela implique donc beaucoup de connaissances dans le domaine de la sécurité.

Cet article se concentre sur les connaissances théoriques derrière l'API, qui comprennent principalement le contenu suivant :

Digest (hash), code de vérification de message basé sur le résumé (HMAC)

Chiffrement symétrique, chiffrement asymétrique Chiffrement symétrique, signature électronique

Mode de chiffrement par bloc

Digest (hachage)

Digest : Le length n'est pas Un message fixe est pris en entrée et une sortie de longueur fixe est générée en exécutant la fonction de hachage. Cette sortie est appelée un résumé. Généralement utilisé pour vérifier que le message est complet et n'a pas été falsifié.

Les opérations Digest sont irréversibles. En d’autres termes, lorsque l’entrée est fixe, une sortie fixe est produite. Mais si le résultat est connu, l’entrée ne peut pas être déduite.

Le pseudo code est le suivant.

digest = Hash(message)

Les algorithmes de résumé courants et les chiffres de sortie correspondants sont les suivants :

MD5 : 128 bits

SHA-1 : 160 bits

SHA256 : 256 bits

SHA512 : 512 bits

Exemple dans nodejs :

var crypto = require('crypto');
var md5 = crypto.createHash('md5');
var message = 'hello';
var digest = md5.update(message, 'utf8').digest('hex'); 
console.log(digest);
// 输出如下：注意这里是16进制
// 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592

Remarques : Dans divers Dans des articles ou des documents, les mots abstract, hash et hash sont souvent utilisés de manière interchangeable, ce qui donne l'impression que de nombreux débutants sont confus. En fait, la plupart du temps, ils font référence à la même chose. Rappelez-vous ce qui précède. Une définition du terme abstract serait bien.

MAC, HMAC

MAC (Message Authentication Code) : Code d'authentification du message, utilisé pour garantir l'intégrité des données. Le résultat de l'opération dépend du message lui-même et de la clé secrète.

MAC peut être implémenté de différentes manières, comme HMAC.

HMAC (Hash-based Message Authentication Code) : il peut être grossièrement compris comme une fonction de hachage avec une clé secrète.

Les exemples de nodejs sont les suivants :

const crypto = require('crypto');
// 参数一：摘要函数
// 参数二：秘钥
let hmac = crypto.createHmac('md5', '123456');
let ret = hmac.update('hello').digest('hex');
console.log(ret);
// 9c699d7af73a49247a239cb0dd2f8139

Chiffrement symétrique, chiffrement asymétrique

Chiffrement/déchiffrement : texte en clair donné , grâce à un certain algorithme, le texte chiffré est généré. Ce processus est appelé cryptage. L’inverse est le décryptage.

encryptedText = encrypt( plainText )
plainText = decrypt( encryptedText )

Clé secrète : Afin d'améliorer encore la sécurité de l'algorithme de cryptage/déchiffrement, une clé secrète est introduite dans le processus de cryptage/déchiffrement. La clé secrète peut être considérée comme un paramètre de l'algorithme de chiffrement/déchiffrement. Lorsque le texte chiffré est connu, si la clé secrète utilisée pour le déchiffrement n'est pas connue, le texte chiffré ne peut pas être déchiffré.

encryptedText = encrypt(plainText, encryptKey)
plainText = decrypt(encryptedText, decryptKey)

Selon que les clés secrètes utilisées pour le cryptage et le déchiffrement sont les mêmes, les algorithmes de cryptage peuvent être divisés en cryptage symétrique et cryptage asymétrique.

1. Cryptage symétrique

La clé secrète utilisée pour le cryptage et le déchiffrement est la même, c'est-à-dire encryptKey === decryptKey.

Algorithmes de chiffrement symétriques courants : DES, 3DES, AES, Blowfish, RC5, IDEA.

Ajouter et déchiffrer le pseudo code :

encryptedText = encrypt(plainText, key); // 加密
plainText = decrypt(encryptedText, key); // 解密

2. Cryptage asymétrique

également connu sous le nom de cryptage à clé publique. Les clés secrètes utilisées pour le cryptage et le déchiffrement sont différentes, c'est-à-dire encryptKey !== decryptKey.

La clé de chiffrement est publique et est appelée clé publique. La clé de déchiffrement est gardée secrète et est appelée clé secrète.

Algorithmes de chiffrement asymétriques courants : RSA, DSA, ElGamal.

Pseudo code pour l'ajout et le décryptage :

encryptedText = encrypt(plainText, publicKey); // 加密
plainText = decrypt(encryptedText, priviteKey); // 解密

3. Comparaison et application

En plus de la différence de clés secrètes, il existe également une différence de vitesse de calcul. . De manière générale :

Le chiffrement symétrique est plus rapide que le chiffrement asymétrique.

Le cryptage asymétrique est généralement utilisé pour crypter du texte court, et le cryptage symétrique est généralement utilisé pour crypter du texte long.

Les deux peuvent être utilisés en combinaison, comme le protocole HTTPS, qui peut générer des clés symétriques via l'échange RSA pendant la phase de prise de contact. Dans la phase de communication suivante, les données peuvent être cryptées à l'aide d'un algorithme de cryptage symétrique et la clé secrète est générée lors de la phase de prise de contact.

Remarque : l'échange de clés symétriques ne doit pas nécessairement être effectué via RSA, mais peut également être effectué via quelque chose comme DH, qui ne sera pas développé ici.

Signature numérique

Vous pouvez approximativement deviner le but de la signature numérique à partir de la signature. Les principales fonctions sont les suivantes :

Confirmer que l'information provient d'un sujet précis.

Confirmez que les informations sont complètes et n'ont pas été falsifiées.

Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, deux processus sont requis :

Expéditeur : Générer une signature.

Récepteur : Vérifiez la signature.

1. L'expéditeur génère une signature

Calculez le résumé du message original.

Signez le résumé avec la clé privée pour obtenir une signature électronique.

Envoyer les informations originales et la signature électronique au destinataire.

Joindre : Pseudocode de signature

digest = hash(message); // 计算摘要
digitalSignature = sign(digest, priviteKey); // 计算数字签名

2. Le destinataire vérifie la signature

Déverrouillez la signature électronique via la clé publique et obtenez le résumé D1. (S'il ne peut pas être résolu, la vérification du corps de la source d'information échoue)

Calculez le résumé D2 de l'information originale.

Comparez D1 et D2. Si D1 est égal à D2, cela signifie que les informations originales sont complètes et n'ont pas été falsifiées.

Joindre : Pseudocode de vérification de signature

digest1 = verify(digitalSignature, publicKey); // 获取摘要
digest2 = hash(message); // 计算原始信息的摘要
digest1 === digest2 // 验证是否相等

Comparaison du cryptage asymétrique

由于RSA算法的特殊性，加密/解密、签名/验证 看上去特别像，很多同学都很容易混淆。先记住下面结论，后面有时间再详细介绍。

加密/解密：公钥加密，私钥解密。

签名/验证：私钥签名，公钥验证。

分组加密模式、填充、初始化向量

常见的对称加密算法，如AES、DES都采用了分组加密模式。这其中，有三个关键的概念需要掌握：模式、填充、初始化向量。

搞清楚这三点，才会知道crypto模块对称加密API的参数代表什么含义，出了错知道如何去排查。

1、分组加密模式

所谓的分组加密，就是将（较长的）明文拆分成固定长度的块，然后对拆分的块按照特定的模式进行加密。

常见的分组加密模式有：ECB（不安全）、CBC（最常用）、CFB、OFB、CTR等。

以最简单的ECB为例，先将消息拆分成等分的模块，然后利用秘钥进行加密。

后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，部分分组加密模式（CFB、OFB、CTR）中引入了初始化向量（IV），使得加密的结果随机化。也就是说，对于同一段明文，IV不同，加密的结果不同。

以CBC为例，每一个数据块，都与前一个加密块进行亦或运算后，再进行加密。对于第一个数据块，则是与IV进行亦或。

IV的大小跟数据块的大小有关（128位），跟秘钥的长度无关。

3、填充：padding

分组加密模式需要对长度固定的块进行加密。分组拆分完后，最后一个数据块长度可能小于128位，此时需要进行填充以满足长度要求。

填充方式有多重。常见的填充方式有PKCS7。

假设分组长度为k字节，最后一个分组长度为k-last，可以看到：

不管明文长度是多少，加密之前都会会对明文进行填充 （不然解密函数无法区分最后一个分组是否被填充了，因为存在最后一个分组长度刚好等于k的情况）

如果最后一个分组长度等于k-last === k，那么填充内容为一个完整的分组 k k k ... k （k个字节）

如果最后一个分组长度小于k-last < k，那么填充内容为 k-last mod k

01 -- if lth mod k = k-1
02 02 -- if lth mod k = k-2
.
.
.
k k ... k k -- if lth mod k = 0

概括来说

分组加密：先将明文切分成固定长度的块（128位），再进行加密。

分组加密的几种模式：ECB（不安全）、CBC（最常用）、CFB、OFB、CTR。

填充(padding)：部分加密模式，当最后一个块的长度小于128位时，需要通过特定的方式进行填充。（ECB、CBC需要填充，CFB、OFB、CTR不需要填充）

初始化向量（IV）：部分加密模式（CFB、OFB、CTR）会将 明文块 与 前一个密文块进行亦或操作。对于第一个明文块，不存在前一个密文块，因此需要提供初始化向量IV（把IV当做第一个明文块 之前的 密文块）。此外，IV也可以让加密结果随机化。

上面是我整理给大家的，希望今后会对大家有帮助。

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