使用AES-CBC + HMAC-SHA256实现前后端请求安全验证

AES-CBC + HMAC-SHA256 加密验证方案，下面是该方案二等 优点 与 缺点 表格，适用于文档、评审或技术选型说明。

✅ 优点表格：AES-CBC + HMAC-SHA256 加密验证方案

类别	优点	说明
🔐 安全性	使用 AES-CBC 对称加密	使用 AES-128-CBC 是可靠且广泛接受的对称加密方式。
	随机生成 IV	每次加密生成新的 IV，有效防止密文重放与模式识别。
	HMAC-SHA256 签名	增强完整性校验，防止中间人篡改密文。
	加密前先签名验证	防止不合法密文触发解密报错或被利用。
💡 灵活性	签名算法可切换	支持从 HMAC-SHA256 切换为其他如 SHA-512。
	密钥可由 token 派生	动态生成密钥，便于用户级安全控制。
	前端跨平台适用	适用于 Web、小程序、移动端等多平台前端环境。
🔁 可部署性	可嵌入代理层	Nginx + Lua 可提前拦截无效请求，节省后端资源。
🧩 多语言兼容	Node.js、Python、Lua 等实现简单	支持常见语言和平台，易于团队协作与系统整合。

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❌ 缺点表格：AES-CBC + HMAC 签名方案的局限

类别	缺点	说明
⚙️ 实现复杂度	实现逻辑较多	需要额外编码 IV 管理、HMAC 签名、前后端一致性等细节。
🔁 重放防护	默认无时间戳或 nonce	重放攻击不可防，需要自行引入 timestamp + nonce 参数。
🔑 密钥依赖	密钥动态性带来兼容问题	一旦 token 失效或更换，旧数据将无法解密。
📦 数据随机访问	不支持局部解密	AES-CBC 是块加密，不能随机访问或解密数据片段。
🕒 不适合长期缓存	密文随机性增加校验复杂度	每次加密结果不同，不适合用于长期静态存储的校验场景。

🧭 补充建议（可选扩展）

增强点	建议
防重放	在签名前加上时间戳 + nonce 字段，防止多次使用旧数据
加密模式升级	可考虑迁移到 AES-GCM，天然支持认证（AEAD）
秘钥管理	密钥建议动态派生（如基于用户会话、JWT claims 等）

下面是该方案的实现详细代码：

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✅ 前端 JavaScript：frontend.js

// === frontend.js ===
// 前端：使用 AES-CBC 加密 + HMAC-SHA256 签名
import aesjs from 'aes-js';
import CryptoJS from 'crypto-js';function aaa(token) {return aesjs.utils.utf8.toBytes(token.padEnd(16, '0').slice(0, 16));
}function generateRandomIV() {let iv = new Uint8Array(16);window.crypto.getRandomValues(iv);return iv;
}function getHmacSHA256(keyBytes, messageHex) {const keyHex = CryptoJS.enc.Hex.parse(aesjs.utils.hex.fromBytes(keyBytes));const hmac = CryptoJS.HmacSHA256(messageHex, keyHex);return hmac.toString(CryptoJS.enc.Hex);
}function encryptWithMac(token, plaintext) {const key = aaa(token);const iv = generateRandomIV();const textBytes = aesjs.utils.utf8.toBytes(plaintext);const padded = aesjs.padding.pkcs7.pad(textBytes);const aesCbc = new aesjs.ModeOfOperation.cbc(key, iv);const encryptedBytes = aesCbc.encrypt(padded);const ivHex = aesjs.utils.hex.fromBytes(iv);const ciphertextHex = aesjs.utils.hex.fromBytes(encryptedBytes);const fullDataHex = ivHex + ciphertextHex;const mac = getHmacSHA256(key, fullDataHex);return {data: fullDataHex,mac: mac};
}const token = 'abc123';
const msg = 'hello world';
const result = encryptWithMac(token, msg);
console.log(JSON.stringify(result));

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✅ Node.js 后端验证：backend_node.js

// backend_node.js
const crypto = require('crypto');function deriveKey(token) {return Buffer.from(token.padEnd(16, '0').slice(0, 16));
}function verifyEncryptedData(token, dataHex, macHex) {const key = deriveKey(token);const iv = Buffer.from(dataHex.slice(0, 32), 'hex');const ciphertext = Buffer.from(dataHex.slice(32), 'hex');// 验证 HMACconst hmac = crypto.createHmac('sha256', key);hmac.update(dataHex);const expectedMac = hmac.digest('hex');if (expectedMac !== macHex) {throw new Error('MAC 验证失败');}// 解密const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-128-cbc', key, iv);decipher.setAutoPadding(true);let decrypted = decipher.update(ciphertext, null, 'utf8');decrypted += decipher.final('utf8');return decrypted;
}// 示例
const token = 'abc123';
const { data, mac } = JSON.parse(/* 前端结果 */ '{"data": "...", "mac": "..."}');try {const plaintext = verifyEncryptedData(token, data, mac);console.log('解密成功:', plaintext);
} catch (e) {console.error(e.message);
}

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✅ Python 后端验证：backend_python.py

# backend_python.py
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Hash import HMAC, SHA256
from binascii import unhexlifydef derive_key(token: str) -> bytes:return token.ljust(16, '0')[:16].encode()def verify_encrypted_data(token, data_hex, mac_hex):key = derive_key(token)iv = unhexlify(data_hex[:32])ciphertext = unhexlify(data_hex[32:])# 验证 HMACh = HMAC.new(key, digestmod=SHA256)h.update(data_hex.encode())try:h.hexverify(mac_hex)except ValueError:raise ValueError('MAC 验证失败')# 解密cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)padded = cipher.decrypt(ciphertext)pad_len = padded[-1]return padded[:-pad_len].decode()# 示例
token = 'abc123'
data = '...'  # 前端 data
mac = '...'   # 前端 mactry:print('解密成功:', verify_encrypted_data(token, data, mac))
except Exception as e:print('失败:', e)

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✅ Nginx + Lua (OpenResty)：aes_verify.lua

-- aes_verify.lua
local aes = require "resty.aes"
local hmac = require "resty.hmac"
local str = require "resty.string"
local cjson = require "cjson"ngx.req.read_body()
local body = ngx.req.get_body_data()
local json = cjson.decode(body)
local data = json.data
local mac = json.mac
local token = ngx.var.http_authorization:sub(8)local key = token .. string.rep("0", 16 - #token)
key = key:sub(1, 16)local hmac_obj = hmac:new(key, hmac.ALGOS.SHA256)
hmac_obj:update(data)
local expected_mac = str.to_hex(hmac_obj:final())if expected_mac ~= mac thenngx.status = 401ngx.say("MAC 验证失败")return ngx.exit(401)
endlocal iv = str.to_hex(data:sub(1, 32))
local cipher = data:sub(33)
local aes_cbc = aes:new(key, nil, aes.cipher(128, "cbc"), { iv = iv })
local decrypted = aes_cbc:decrypt(str.from_hex(cipher))
local pad = string.byte(decrypted:sub(-1))
decrypted = decrypted:sub(1, -pad-1)ngx.say("验证通过，原文: ", decrypted)

配置片段：

location /api/secure-data {content_by_lua_file /etc/nginx/lua/aes_verify.lua;proxy_pass http://backend_service;
}