JavaScript技术

前端加密方法

2019-11-28  本文已影响0人  CodeMT

前端加密的意义

这是一个绕不开的话题,肯定有很多看法.但我看来:前端加密看起来有意义,但有时候看起来并没有意义. 但总体来看是有意义的,打个比喻:既然市面上大部分锁都可以在20分钟内撬开，那门上装锁是否还有意义？

有意义:

在 HTTP 协议下，数据是明文传输，传输过程中网络嗅探可直接获取其中的数据。 如用户的密码和信用卡相关的资料，一旦被中间人获取，会给用户带来极大的安全隐患。另一方面在非加密的传输过程中，攻击者可更改数据或插入恶意的代码等。那么前端加密的意义: 即在数据发送前将数据进行哈希或使用公钥加密。如果数据被中间人获取，拿到的则不再是明文。
当然还有其他一些优点:例如避免后端等打印日志直接暴露明文密码,还可以避免明文撞库等.

没有意义:

前端加密，其实只能防君子不能防小人。 前端系统的控制权是完全在用户手里的，也就是说，前端做什么事情，用户有完全的控制权。即使前端加密不可以防范中间人攻击,包括HTTPS,因为中间还是存在着各种代理,客户端代理,服务端代理.是很难做到不被劫持的.

这里简单说下:

总结一下:

如果还有疑惑想深入探讨的,可以看下某乎上的这篇文章

前端加密的几种做法

• JavaScript 加密后传输(具体可以参考后面的常见加密方法)
• 浏览器插件内进行加密传输 (这个用得不是很多,这里暂不细究)
• Https 传输

加密算法

不同于哈希(后面会提到)，加密（Encrypt）是将目标文本转换成具有不同长度的、可逆的密文。也就是说加密算法是可逆的，而且其加密后生成的密文长度和明文本身的长度有关。所以如果被保护数据在以后需要被还原成明文，则需要使用加密。
在加密算法中又分为对称加密（symmetric encryption）和非对称加密（asymmetric encryption）。

（一）对称加密（Symmetric Cryptography）

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式，加密（encryption）与解密（decryption）用的是同样的密钥（secret key）。对称加密有很多种算法，由于它效率很高，所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。

对称加密通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256 bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。如果你只用1bit来做这个密钥，那黑客们可以先试着用0来解密，不行的话就再用1解；但如果你的密钥有1MB大，黑客们可能永远也无法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是一个trade-off。

2000年10月2日，美国国家标准与技术研究所（NIST-- American National Institute of Standards and Technology）选择了Rijndael算法作为新的高级加密标准（AES-- Advanced Encryption Standard）。.NET中包含了Rijndael算法，类名叫RijndaelManaged，下面举个例子。

加密过程：

private string myData = "hello"; 
private string myPassword = "OpenSesame"; 
private byte[] cipherText; 
private byte[] salt = { 
  0x0, 0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x2, 0x1, 0x0 
}; 
private void mnuSymmetricEncryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e){ 
  var key = new Rfc2898DeriveBytes(myPassword, salt); 
  // Encrypt the data.
  var algorithm = new RijndaelManaged();
  algorithm.Key = key.GetBytes(16);
  algorithm.IV = key.GetBytes(16); 
  var sourceBytes = new System.Text.UnicodeEncoding().GetBytes(myData); 
  using (var sourceStream = new MemoryStream(sourceBytes)) 
  using (var destinationStream = new MemoryStream()) 
  using (var crypto = new CryptoStream(sourceStream, algorithm.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Read)){
    moveBytes(crypto, destinationStream);
    cipherText = destinationStream.ToArray();
  }
  MessageBox.Show(String.Format(
    "Data:{0}{1}Encrypted and Encoded:{2}",myData,Environment.NewLine,Convert.ToBase64String(cipherText)
  ));
} 

private void moveBytes(Stream source, Stream dest){ 
  byte[] bytes = new byte[2048]; 
  var count = source.Read(bytes, 0, bytes.Length); 
  while (0 != count){
    dest.Write(bytes, 0, count);
    count = source.Read(bytes, 0, bytes.Length);
  }
}

解密过程：

private void mnuSymmetricDecryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e){ 
  if (cipherText == null){
    MessageBox.Show("Encrypt Data First!"); 
    return;
  } 
  var key = new Rfc2898DeriveBytes(myPassword, salt); 
  // Try to decrypt, thus showing it can be round-tripped.
  var algorithm = new RijndaelManaged();
  algorithm.Key = key.GetBytes(16);
  algorithm.IV = key.GetBytes(16); 
  using (var sourceStream = new MemoryStream(cipherText)) 
  using (var destinationStream = new MemoryStream()) 
  using (var crypto = new CryptoStream(sourceStream, algorithm.CreateDecryptor(),CryptoStreamMode.Read)){
    moveBytes(crypto, destinationStream); 
    var decryptedBytes = destinationStream.ToArray(); 
    var decryptedMessage = new UnicodeEncoding().GetString(decryptedBytes);
    MessageBox.Show(decryptedMessage);
  }
}

常见的对称加密算法有DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6和AES

注意: 因为前端的透明性，对于登录密码等敏感信息,就不要使用JavaScript来进行对称加密. 因为别人可以从前端得到密匙后,可以直接对信息进行解密!

（二）非对称加密（Asymmetric Cryptography）

非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法，它使用了一对密钥，公钥（public key）和私钥（private key）。私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。

目前最常用的非对称加密算法是RSA算法，是Rivest, Shamir, 和Adleman于1978年发明，他们那时都是在MIT。.NET中也有RSA算法，请看下面的例子：

加密过程：

private byte[] rsaCipherText; private void mnuAsymmetricEncryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e){ 
  var rsa = 1; 
  // Encrypt the data.
  var cspParms = new CspParameters(rsa);
  cspParms.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
  cspParms.KeyContainerName = "My Keys"; 
  var algorithm = new RSACryptoServiceProvider(cspParms); 
  var sourceBytes = new UnicodeEncoding().GetBytes(myData);
  rsaCipherText = algorithm.Encrypt(sourceBytes, true);
  MessageBox.Show(String.Format(
    "Data: {0}{1}Encrypted and Encoded: {2}",myData,Environment.NewLine,Convert.ToBase64String(rsaCipherText)
  ));
}

解密过程：

private void mnuAsymmetricDecryption_Click(object sender, RoutedEventArgs e){ 
  if(rsaCipherText==null){
    MessageBox.Show("Encrypt First!"); 
    return;
  } 
  var rsa = 1; 
  // decrypt the data.
  var cspParms = new CspParameters(rsa);
  cspParms.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
  cspParms.KeyContainerName = "My Keys"; 
  var algorithm = new RSACryptoServiceProvider(cspParms); 
  var unencrypted = algorithm.Decrypt(rsaCipherText, true);
  MessageBox.Show(new UnicodeEncoding().GetString(unencrypted));
}

常见的非对称加密算法有：RSA、ECC（移动设备用）、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA（数字签名用）

虽然非对称加密很安全，但是和对称加密比起来，它非常的慢，所以我们还是要用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。为了解释这个过程，请看下面的例子：

（三）总结

1.对称加密加密与解密使用的是同样的密钥，所以速度快，但由于需要将密钥在网络传输，所以安全性不高。
2.非对称加密使用了一对密钥，公钥与私钥，所以安全性高，但加密与解密速度慢。
3.解决的办法是将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密，然后发送出去，接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥，然后双方可以使用对称加密来进行沟通。

哈希加密算法

哈希算法（Hash）

哈希（Hash）是将目标文本转换成具有固定长度的字符串（或叫做消息摘要）。 当输入发生改变时，产生的哈希值也是完全不同的。从数学角度上讲，一个哈希算法是一个多对一的映射关系，对于目标文本 T，算法 H 可以将其唯一映射为R，并且对于所有的T，R具有相同的长度，所以 H 不存在逆映射，也就是说哈希算法是不可逆的。

需要注意的是：在 Web 应用中，在浏览器中使用哈希加密的同时也要在服务端上进行哈希加密。

服务端哈希加密原因: 一方面因为不需要将密文解密成明文来比对密码，另一方面是一旦加密算法和密钥泄露，那么整个用户资料库就相当于明文存储了。如果前端传过来的是明文，那么在注册时将其哈希，存入数据库。登录时，将密码哈希和数据库对应的数据比对，若一致则说明密码正确。

现在，对于简单的哈希算法的攻击方法主要有：寻找碰撞法和穷举法。所以，为了保证数据的安全，可以在哈希算法的基础上进一步的加密，常见的方法有：加盐、慢哈希、密钥哈希、XOR 等。

加盐（Adding Salt）

加盐加密是一种对系统登录口令的加密方式，它实现的方式是将每一个口令同一个叫做“盐”（salt）的 n 位随机数相关联。

为了方便理解:这里引用这位同学的文章进行说明

使用salt加密，它的基本想法是这样的：

由于验证密码时和最初散列密码时使用相同的盐值，所以salt的存储在数据库。并且这个值是由系统随机产生的，而非硬编码。这就保证了所要保护对象的机密性。

注册时:

登陆时:

PS: 其实图中的这种登录也是不安全的. 原因是后面要提到的盐值复用

使用加盐加密时需要注意以下两点：

如果盐值太短，攻击者可以预先制作针对所有可能的盐值的查询表。例如，如果盐值只有三个 ASCII 字符，那么只有 95x95x95=857,375 种可能性，加大了被攻击的可能性。还有，不要使用可预测的盐值，比如用户名，因为针对某系统用户名是唯一的且被经常用于其他服务。

在项目开发中，有时会遇到将盐值写死在程序里或者只有第一次是随机生成的，之后都会被重复使用，这种加盐方法是不起作用的。以登录密码为例，如果两个用户有相同的密码，那么他们就会有相同的哈希值，攻击者就可以使用反向查表法对每个哈希值进行字典攻击，使得该哈希值更容易被破解。

所以正确的加盐方法如下：

（1）盐值应该使用加密的安全伪随机数生成器（ Cryptographically Secure Pseudo-Random Number Generator，CSPRNG ）产生，比如 C 语言的 rand() 函数，这样生成的随机数高度随机、完全不可预测；

（2）盐值混入目标文本中，一起使用标准的加密函数进行加密；

（3）盐值要足够长（经验表明：盐值至少要跟哈希函数的输出一样长）且永不重复；

（4）盐值最好由服务端提供，前端取值使用。

慢哈希函数（Slow Hash Function）

顾名思义，慢哈希函数是将哈希函数变得非常慢，使得攻击方法也变得很慢，慢到足以令攻击者放弃，而往往由此带来的延迟也不会引起用户的注意。降低攻击效率用到了密钥扩展（ key stretching）的技术，而密钥扩展的实现使用了一种CPU 密集型哈希函数（ CPU-intensive hash function）。看起来有点晕~还是关注下该函数怎么用吧！

如果想在一个 Web应用中使用密钥扩展，则需要设定较低的迭代次数来降低额外的计算成本。我们一般直接选择使用标准的算法来完成，比如PBKDF2或bcrypt。PHP、斯坦福大学的 JavaScript加密库都包含了 PBKDF2的实现，浏览器中则可以考虑使用 JavaScript 完成，否则这部分工作应该由服务端进行计算。

密钥哈希

密钥哈希是将密钥添加到哈希加密，这样只有知道密钥的人才可以进行验证。目前有两种实现方式：使用 ASE 算法对哈希值加密、使用密钥哈希算法HMAC 将密钥包含到哈希字符串中。为了保证密钥的安全，需要将其存储在外部系统（比如一个物理上隔离的服务端）。

即使选择了密钥哈希，在其基础上进行加盐或者密钥扩展处理也是很有必要。目前密钥哈希用于服务端比较多，例如来应对常见的 SQL注入攻击。

XOR

XOR它指的是逻辑运算中的“异或运算”。两个值相同时，返回false，否则返回 true，用来判断两个值是否不同。
JavaScript语言的二进制运算，有一个专门的 XOR 运算符，写作^。

1 ^ 1 // 0

0 ^ 0 // 0

1 ^ 0 // 1

0 ^ 1 // 1

XOR 运算有一个特性：如果对一个值连续做两次 XOR，会返回这个值本身。这也是其可以用于信息加密的根本。

message XOR key // cipherText

cipherText XOR key // message

目标文本 message，key 是密钥，第一次执行 XOR 会得到加密文本；在加密文本上再用 key 做一次 XOR 就会还原目标文本 message。为了保证 XOR 的安全，需要满足以下两点：

（1）key 的长度大于等于 message ；

（2）key 必须是一次性的，且每次都要随机产生。

下面以登录密码加密为例介绍下 XOR 的使用：

const message = md5(password);

function getXOR(message, key) {
  const arr = [];

  //假设 key 是32位的

  for (let i = 0; i < 32; i++) {
    const  m = parseInt(message.substr(i, 1), 16);
    const k = parseInt(key.substr(i, 1), 16);
    arr.push((m ^ k).toString(16));
  }
  return arr.join('');
}

如上所示，使用 XOR 和一次性的密钥 key 对密码进行加密处理，只要 key 没有泄露，目标文本就不会被破解。

上面说了那么多，问题就来了：我们应该使用什么样的哈希算法呢？

（1）选择经过验证的成熟算法，如 PBKDF2 等 ；

（2）crypt 的安全版本；

（3）避免使用自己设计的加密算法。

HMAC

对于HMAC算法,我也不是太了解.看了几篇文章,感觉和加盐很像,就是salt换成后端随机生成的(好像可以防止重放攻击).然后再通过HMAC算法,得到摘要.

关于HMAC算法部分可以详细看这篇文章,我是学渣,看了半天也不是太懂.=.=

大概过程如下:

好处:

补充1: 结合验证码进行前端加密 (其实就是一种动态加盐哈希)

前端加密一定程度保障了传输过程中的资料安全，那么会不会有对两端（客户端和服务器）有安全帮助呢？
有帮助，使用一些前端加密手段，可以增加拖库后的数据破解难度。但是验证码方法不具有这样的功能，因为数据库存的仍是明文密码哈希后的结果，那么攻击者可以绕过前端加密，可以直接暴力破解。

补充2: Base64 编码

大家经常说的是 Base64 加密，有 Base64 加密吗？真木有，只有 Base64 编码。

Base64 是一种基于 64 个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。常用于在通常处理文本数据的场合，表示、传输、存储一些二进制数据,包括 MIME 的 email，email via MIME，在 XML 中存储复杂数据；主要用来解决把不可打印的内容塞进可打印内容的需求。js中 base64 方法使用如下：

//1.编码
var result = Base.encode('shotCat好帅!');  //--> "c2hvdENhdOWlveW4hSE="

//2.解码
var result2 = Base.decode(result); //--> 'shotCat好帅!' 没错,我就是这么不要脸!!!

因此，Base64 适用于小段内容的编码，比如数字证书签名、Cookie的内容等；而且 Base64 也是一种通过查表的编码方法，不能用于加密，如果需要加密，请使用专业的加密算法。

PS: 对于前端来说,base64用得最多的也就是图片转码吧.

补充3: 数字签名

数字签名主要用于:确认信息来源于特定的主体且信息完整、未被篡改，发送方生成签名，接收方验证签名。

发送方: 首先计算目标文本的摘要（哈希值），通过私钥对摘要进行签名，将目标文本和电子签名发送给接收方。

接收方: 验证签名的步骤如下：

数字签名与非对称加密区别:

HTTPS加密

为了避免重复,这部分内容在本系列HTTP与HTTPS有详细介绍

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