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Node.js crypto 模块全面入门

news 2025/7/14 18:36:25

一、模块概述

Node.js 的 crypto 模块是内置的核心模块，基于 OpenSSL 库构建，提供加密、解密、哈希、签名等安全功能。它封装了 OpenSSL 的哈希、HMAC、加密、解密、签名和验证方法，适用于数据加密、安全传输、身份验证等场景。

二、核心功能详解

1. 哈希与 HMAC

1.1 哈希（Hash）

定义：将任意长度数据映射为固定长度的摘要，单向不可逆。
常用算法：SHA-256、SHA-512、MD5（不推荐，已不安全）。

代码示例：

const crypto = require('crypto');
const hash = crypto.createHash('sha256');
hash.update('Hello World');
const digest = hash.digest('hex');
console.log(digest); // 输出哈希值

1.2 HMAC（基于哈希的消息认证码）

定义：结合密钥和哈希算法，验证数据完整性和真实性。

代码示例：

const crypto = require('crypto');
const hmac = crypto.createHmac('sha256', 'secret-key');
hmac.update('Hello World');
const result = hmac.digest('hex');
console.log(result); // 输出HMAC值

2. 对称加密

2.1 AES 加密（推荐 AES-256-GCM）

算法：AES（高级加密标准），常用模式包括 CBC、GCM（支持认证）。
步骤：
1. 生成密钥和 IV（初始化向量）。
2. 使用 createCipheriv 加密，createDecipheriv 解密。

代码示例（AES-256-GCM）：

const crypto = require('crypto');
const algorithm = 'aes-256-gcm';
const key = crypto.randomBytes(32); // 256位密钥
const iv = crypto.randomBytes(12);  // GCM模式IV为12字节// 加密
const cipher = crypto.createCipheriv(algorithm, key, iv);
let encrypted = cipher.update('Hello World', 'utf8', 'hex');
encrypted += cipher.final('hex');
const tag = cipher.getAuthTag(); // 认证标签// 解密
const decipher = crypto.createDecipheriv(algorithm, key, iv);
decipher.setAuthTag(tag);
let decrypted = decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8');
decrypted += decipher.final('utf8');

2.2 注意事项

IV 管理：每次加密使用不同的随机 IV，并与密文一起存储。
编码：确保加密和解密时使用相同的编码（如 hex、base64）。

3. 非对称加密（RSA）

3.1 密钥对生成

代码示例：

const crypto = require('crypto');
const { publicKey, privateKey } = crypto.generateKeyPairSync('rsa', {modulusLength: 2048,publicKeyEncoding: { type: 'spki', format: 'pem' },privateKeyEncoding: { type: 'pkcs8', format: 'pem' }
});

3.2 加密与解密

公钥加密，私钥解密：

const encryptedData = crypto.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from('Hello World'));
const decryptedData = crypto.privateDecrypt(privateKey, encryptedData);

4. 数字签名与验证

4.1 签名生成（私钥签名）

代码示例：

const crypto = require('crypto');
const sign = crypto.createSign('SHA256');
sign.update('Hello World');
const signature = sign.sign(privateKey, 'hex');

4.2 签名验证（公钥验证）

代码示例：

const verify = crypto.createVerify('SHA256');
verify.update('Hello World');
const isValid = verify.verify(publicKey, signature, 'hex');

三、安全最佳实践

密钥管理：
- 使用 crypto.randomBytes 生成高熵密钥。
- 密钥存储在环境变量或专用密钥管理系统（如 AWS KMS）。
算法选择：
- 避免 MD5、SHA1 等弱算法，优先使用 SHA-256、AES-256。
- 对称加密推荐 AES-256-GCM（支持认证）。
初始化向量（IV）：
- 每次加密生成随机 IV，并与密文一起存储。
编码一致性：
- 确保加密、解密时使用相同的输入/输出编码（如 utf8 转 hex）。

四、高级主题

1. 分组加密模式

常见模式：
- CBC（密码分组链接）：需要 IV，安全性较高。
- GCM（伽罗瓦计数器模式）：支持认证，推荐用于现代应用。
填充方案：
- PKCS7 填充（默认），确保数据块长度符合要求。

2. 文件加解密

流程：
1. 读取文件内容。
2. 使用对称加密算法加密/解密。
3. 存储 IV、认证标签（如 GCM）与密文。

代码示例（文件签名）：

const fs = require('fs');
const crypto = require('crypto');// 生成签名
const privateKey = fs.readFileSync('privatekey.pem', 'utf8');
const data = fs.readFileSync('file.txt');
const sign = crypto.createSign('RSA-SHA256');
sign.write(data);
sign.end();
const signature = sign.sign(privateKey, 'hex');// 验证签名
const publicKey = fs.readFileSync('publickey.pem', 'utf8');
const verify = crypto.createVerify('RSA-SHA256');
verify.write(data);
verify.end();
const isValid = verify.verify(publicKey, signature, 'hex');