原文

前言

现在是大数据时代,需要收集大量的个人信息用于统计。一方面它给我们带来了便利,另一方面一些个人信息数据在无意间被泄露,被非法分子用于推销和黑色产业。
2018 年 5 月 25 日,欧盟已经强制执行《通用数据保护条例》(General Data Protection Regulation,缩写作 GDPR)。该条例是欧盟法律中对所有欧盟个人关于数据保护和隐私的规范。这意味着个人数据必须使用假名化或匿名化进行存储,并且默认使用尽可能最高的隐私设置,以避免数据泄露。
相信大家也都不想让自己在外面“裸奔”。所以,作为前端开发人员也应该尽量避免用户个人数据的明文传输,尽可能的降低信息泄露的风险。
看到这里可能有人会说现在都用 HTTPS 了,数据在传输过程中是加密的,前端就不需要加密了。其实不然,我可以在你发送 HTTPS 请求之前,通过谷歌插件来捕获 HTTPS 请求中的个人信息,下面我会为此演示。所以前端数据加密还是很有必要的。

数据泄露方式

中间人攻击
中间人攻击是常见的攻击方式。详细过程可以参见这里:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%AD%E9%97%B4%E4%BA%BA%E6%94%BB%E5%87%BB。大概的过程是中间人通过 DNS 欺骗等手段劫持了客户端与服务端的会话。
客户端、服务端之间的信息都会经过中间人,中间人可以获取和转发两者的信息。在 HTTP 下,前端数据加密还是避免不了数据泄露,因为中间人可以伪造密钥。为了避免中间人攻击,我们一般采用 HTTPS 的形式传输。
谷歌插件
HTTPS 虽然可以防止数据在网络传输过程中被劫持,但是在发送 HTTPS 之前,数据还是可以从谷歌插件中泄露出去。
因为谷歌插件可以捕获 Network 中的所有请求,所以如果某些插件中有恶意的代码还是可以获取到用户信息的,下面为大家演示。

所以光采用 HTTPS,一些敏感信息如果还是以明文的形式传输的话,也是不安全的。如果在 HTTPS 的基础上再进行数据的加密,那相对来说就更好了。

加密算法介绍

  • 对称加密 对称加密算法,又称为共享密钥加密算法。在对称加密算法中,使用的密钥只有一个,发送和接收双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密。 这就要求加密和解密方事先都必须知道加密的密钥。其优点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高;缺点是密钥泄露之后,数据就会被破解。一般不推荐单独使用。根据实现机制的不同,常见的算法主要有 AES (https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A0%87%E5%87%86)、**ChaCha20** (https://zh.wikipedia.org/wiki/Salsa20#ChaCha20)、**3DES** (https://zh.wikipedia.org/wiki/3DES)等。
  • 非对称加密 非对称加密算法,又称为公开密钥加密算法。它需要两个密钥,一个称为公开密钥 (public key),即公钥;另一个称为私有密钥 (private key),即私钥。 他俩是配对生成的,就像钥匙和锁的关系。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥,所以这种算法称为非对称加密算法。其优点是算法强度复杂、安全性高;缺点是加解密速度没有对称加密算法快。常见的算法主要有 RSAElgamal 等。
  • 散列算法 散列算法又称散列函数、哈希函数,是把消息或数据压缩成摘要,使得数据量变小,将数据的格式固定成特定长度的值。一般用于校验数据的完整性,平时我们下载文件就可以校验 MD5 来判断下载的数据是否完整。常见的算法主要有 MD4MD5SHA 等。

    实现方案

  • 方案一:如果用对称加密,那么服务端和客户端都必须知道密钥才行。那服务端势必要把密钥发送给客户端,这个过程中是不安全的,所以单单用对称加密行不通。

  • 方案二:如果用非对称加密,客户端的数据通过公钥加密,服务端通过私钥解密,客户端发送数据实现加密没问题。客户端接受数据,需要服务端用公钥加密,然后客户端用私钥解密。所以这个方案需要两套公钥和私钥,需要在客户端和服务端各自生成自己的密钥。
  • 方案三:如果把对称加密和非对称加密相结合。客户端需要生成一个对称加密的密钥 1,传输内容与该密钥 1进行对称加密传给服务端,并且把密钥 1 和公钥进行非对称加密,然后也传给服务端。服务端通过私钥把对称加密的密钥 1 解密出来,然后通过该密钥 1 解密出内容。以上是客户端到服务端的过程。如果是服务端要发数据到客户端,就需要把响应数据跟对称加密的密钥 1 进行加密,然后客户端接收到密文,通过客户端的密钥 1 进行解密,从而完成加密传输。
  • 总结:以上只是列举了常见的加密方案。总的来看,方案二比较简单,但是需要维护两套公钥和私钥,当公钥变化的时候,必须通知对方,灵活性比较差。方案三相对方案二来说,密钥 1 随时可以变化,并且不需要通知服务端,相对来说灵活性、安全性好点并且方案三对内容是对称加密,当数据量大时,对称加密的速度会比非对称加密快。所以本文采用方案三给予代码实现。

    代码实现

  • 下面是具体的代码实现(以登录接口为例),主要的目的就是要把明文的个人信息转成密文传输。其中对称加密库使用的是 AES,非对称加密库使用的是RSA。

  • 客户端:

1、客户端需要随机生成一个 aesKey,在页面加载完的时候需要从服务端请求 publicKey

  1. let aesKey = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]; // 随机产生
  2. let publicKey = ""; // 公钥会从服务端获取
  3. // 页面加载完之后,就去获取公钥
  4. window.onload = () => {
  5. axios({
  6. method: "GET",
  7. headers: { "content-type": "application/x-www-form-urlencoded" },
  8. url: "http://localhost:3000/getPub",
  9. })
  10. .then(function (result) {
  11. publicKey = result.data.data; // 获取公钥
  12. })
  13. .catch(function (error) {
  14. console.log(error);
  15. });
  16. };

2、aes 加密和解密方法

  1. /**
  2. * aes加密方法
  3. * @param {string} text 待加密的字符串
  4. * @param {array} key 加密key
  5. */
  6. function aesEncrypt(text, key) {
  7. const textBytes = aesjs.utils.utf8.toBytes(text); // 把字符串转换成二进制数据
  8. // 这边使用CTR-Counter加密模式,还有其他模式可以选择,具体可以参考aes加密库
  9. const aesCtr = new aesjs.ModeOfOperation.ctr(key, new aesjs.Counter(5));
  10. const encryptedBytes = aesCtr.encrypt(textBytes); // 进行加密
  11. const encryptedHex = aesjs.utils.hex.fromBytes(encryptedBytes); // 把二进制数据转成十六进制
  12. return encryptedHex;
  13. }
  14. /**
  15. * aes解密方法
  16. * @param {string} encryptedHex 加密的字符串
  17. * @param {array} key 加密key
  18. */
  19. function aesDecrypt(encryptedHex, key) {
  20. const encryptedBytes = aesjs.utils.hex.toBytes(encryptedHex); // 把十六进制数据转成二进制
  21. const aesCtr = new aesjs.ModeOfOperation.ctr(key, new aesjs.Counter(5));
  22. const decryptedBytes = aesCtr.decrypt(encryptedBytes); // 进行解密
  23. const decryptedText = aesjs.utils.utf8.fromBytes(decryptedBytes); // 把二进制数据转成utf-8字符串
  24. return decryptedText;
  25. }

3、请求登录

  1. /**
  2. * 登陆接口
  3. */
  4. function submitFn() {
  5. const userName = document.querySelector("#userName").value;
  6. const password = document.querySelector("#password").value;
  7. const data = {
  8. userName,
  9. password,
  10. };
  11. const text = JSON.stringify(data);
  12. const sendData = aesEncrypt(text, aesKey); // 把要发送的数据转成字符串进行加密
  13. console.log("发送数据", text);
  14. const encrypt = new JSEncrypt();
  15. encrypt.setPublicKey(publicKey);
  16. const encrypted = encrypt.encrypt(aesKey.toString()); // 把aesKey进行非对称加密
  17. const url = "http://localhost:3000/login";
  18. const params = { id: 0, data: { param1: sendData, param2: encrypted } };
  19. axios({
  20. method: "POST",
  21. headers: { "content-type": "application/x-www-form-urlencoded" },
  22. url: url,
  23. data: JSON.stringify(params),
  24. })
  25. .then(function (result) {
  26. const reciveData = aesDecrypt(result.data.data, aesKey); // 用aesKey进行解密
  27. console.log("接收数据", reciveData);
  28. })
  29. .catch(function (error) {
  30. console.log("error", error);
  31. });
  32. }

1、引用加密库

  1. const http = require("http");
  2. const aesjs = require("aes-js");
  3. const NodeRSA = require("node-rsa");
  4. const rsaKey = new NodeRSA({ b: 1024 }); // key的size为1024位
  5. let aesKey = null; // 用于保存客户端的aesKey
  6. let privateKey = ""; // 用于保存服务端的公钥
  7. rsaKey.setOptions({ encryptionScheme: "pkcs1" }); // 设置加密模式

2、实现 login 接口

  1. http
  2. .createServer((request, response) => {
  3. response.setHeader("Access-Control-Allow-Origin", "*");
  4. response.setHeader("Access-Control-Allow-Headers", "Content-Type");
  5. response.setHeader("Content-Type", "application/json");
  6. switch (request.method) {
  7. case "GET":
  8. if (request.url === "/getPub") {
  9. const publicKey = rsaKey.exportKey("public");
  10. privateKey = rsaKey.exportKey("private");
  11. response.writeHead(200);
  12. response.end(JSON.stringify({ result: true, data: publicKey })); // 把公钥发送给客户端
  13. return;
  14. }
  15. break;
  16. case "POST":
  17. if (request.url === "/login") {
  18. let str = "";
  19. request.on("data", function (chunk) {
  20. str += chunk;
  21. });
  22. request.on("end", function () {
  23. const params = JSON.parse(str);
  24. const reciveData = decrypt(params.data);
  25. console.log("reciveData", reciveData);
  26. // 一系列处理之后
  27. response.writeHead(200);
  28. response.end(
  29. JSON.stringify({
  30. result: true,
  31. data: aesEncrypt(
  32. JSON.stringify({ userId: 123, address: "杭州" }), // 这个数据会被加密
  33. aesKey
  34. ),
  35. })
  36. );
  37. });
  38. return;
  39. }
  40. break;
  41. default:
  42. break;
  43. }
  44. response.writeHead(404);
  45. response.end();
  46. })
  47. .listen(3000);

3、加密和解密方法

  1. function decrypt({ param1, param2 }) {
  2. const decrypted = rsaKey.decrypt(param2, "utf8"); // 解密得到aesKey
  3. aesKey = decrypted.split(",").map((item) => {
  4. return +item;
  5. });
  6. return aesDecrypt(param1, aesKey);
  7. }
  8. /**
  9. * aes解密方法
  10. * @param {string} encryptedHex 加密的字符串
  11. * @param {array} key 加密key
  12. */
  13. function aesDecrypt(encryptedHex, key) {
  14. const encryptedBytes = aesjs.utils.hex.toBytes(encryptedHex); // 把十六进制转成二进制数据
  15. const aesCtr = new aesjs.ModeOfOperation.ctr(key, new aesjs.Counter(5)); // 这边使用CTR-Counter加密模式,还有其他模式可以选择,具体可以参考aes加密库
  16. const decryptedBytes = aesCtr.decrypt(encryptedBytes); // 进行解密
  17. const decryptedText = aesjs.utils.utf8.fromBytes(decryptedBytes); // 把二进制数据转成字符串
  18. return decryptedText;
  19. }
  20. /**
  21. * aes加密方法
  22. * @param {string} text 待加密的字符串
  23. * @param {array} key 加密key
  24. */
  25. function aesEncrypt(text, key) {
  26. const textBytes = aesjs.utils.utf8.toBytes(text); // 把字符串转成二进制数据
  27. const aesCtr = new aesjs.ModeOfOperation.ctr(key, new aesjs.Counter(5));
  28. const encryptedBytes = aesCtr.encrypt(textBytes); // 加密
  29. const encryptedHex = aesjs.utils.hex.fromBytes(encryptedBytes); // 把二进制数据转成十六进制
  30. return encryptedHex;
  31. }