前端面试查漏补缺--(八) 前端加密

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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:

• 加密了也无法解决重放的问题，你发给服务器端的虽然是加密后的数据，但是黑客拦截之后，把加密之后的数据重发一遍，依然是验证通过的。直接监听到你所谓的密文，然后用脚本发起一个http请求就可以登录上去了。 http在网络上是明文传输的，代理和网关都能够看到所有的数据，在同一局域网内也可以被嗅探到。加密也没有提高什么攻击难度，因为攻击者就没必要去解密原始密码，能登录上去就表示目标已经实现了，所以，难度没有提高。
• 既然是加密，那么加密用的密钥和算法肯定是保存在前端的，攻击者通过查看源码就能得到算法和密钥。除非你是通过做浏览器插件，将算法和密钥封装在插件中，然后加密的时候明文混淆上时间戳，这样即使黑客拦截到了请求数据，进行重放过程时，也会很快失效。

总结一下:

• 1,安全是前后端都需要做的事,不能前端加密了,后端就不管了.
• 2,HTTPS还是有必要的,只要正确使用了HTTPS连接和服务器端安全的哈希算法，密码系统都可以是很安全的。

这里我只是简单梳理下,如果还有疑惑想深入探(si)讨(bi)的,可以看下逼乎上的这篇文章

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）。

对称加密

对称加密采用了对称密码编码技术，它的特点是文件加密和解密使用相同的密钥加密.也就是 加密和解密都是用同一个密钥 ，这种方法在密码学中叫做对称加密算法.

对称加密算法使用起来简单快捷，密钥较短，且破译困难，除了数据加密标准（DES），另一个对称密钥加密系统是国际数据加密算法（IDEA），它比DES的加密性好，而且对计算机功能要求也没有那么高.

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!

非对称加密

非对称加密算法需要两个密钥：公钥（publickey）和私钥（privatekey）。 公钥与私钥是一对， 如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密；如果用私钥对数据进行加密，那么只有用对应的公钥才能解密。 因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公钥向其它方公开；得到该公钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己保存的另一把专用密钥对加密后的信息进行解密。甲方只能用其专用密钥解密由其公钥加密后的任何信息。

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）

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。

基于哈希算法的特性，其适用于该场景：被保护数据仅仅用作比较验证且不需要还原成明文形式。 比较常用的哈希算法是 MD5 和 SHA1 。

我们比较熟悉的使用哈希存储数据的例子是：当我们登录某个已注册网站时，在忘记密码的情况下需要重置密码，此时网站会给你发一个随机的密码或者一个邮箱激活链接，而不是将之前的密码发给你，这就是因为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：

• 1.用户注册时，在密码上撒一些盐。生成一种味道，记住味道。
• 2.用户再次登陆时，在输入的密码上撒盐，闻一闻，判断是否和原来的味道相同，相同就让你吃饭。

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:

• 1.用户注册，系统随机产生salt值。
• 2.将salt值和密码连接起来，生产Hash值。
• 3.将Hash值和salt值分别存储在数据库中。

登陆时:

• 1.系统根据用户名找到与之对应的密码Hash。
• 2.将用户输入密码和salt值进行散列。
• 3.判断生成的Hash值是否和数据库中Hash相同。

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：

• 短盐值（Short Slat）

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。

• 盐值复用（Salt Reuse）

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 大家都不陌生，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

复制代码

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

复制代码

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：

第一步：使用 MD5 算法，计算密码的哈希；

const message = md5(password);

复制代码

第二步：生成一个随机 key 值；

第三步：进行 XOR 运算，求出加密后的 message。

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('');

}

复制代码

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:

• 1.客户端发出登录请求
• 2.服务器返回一个随机值，在会话记录中保存这个随机值
• 3.客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行 hmac 运算，递交给服务器
• 4.服务器读取数据库中的用户密码，利用密钥做和客户端一样的 hmac运算，然后与用户发送的结果比较，如果一致，则用户身份合法。

好处:

• 与自定义的加salt算法不同，Hmac算法针对所有哈希算法都通用，无论是MD5还是SHA-1。采用Hmac替代我们自己的salt算法，可以使程序算法更标准化，也更安全。(摘自雪峰大佬的这篇文章)
• 另外一个就是密码的安全性,由于不知道密钥，所以不可能获取到用户密码

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)

前端先将密码哈希，然后和用户输入的验证码进行哈希，得到的结果作为密码字段发送给服务器。服务器先确认验证码正确，然后再进行密码验证，否则直接返回验证码错误信息。

这种实践保证了密码在传输过程中的资料安全，即使攻击者拿到了数据也无法重放。图形化验证码更是增加了难度。另一方面该实践大大增加了撞库的成本。

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!!!

复制代码

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：

• 1,通过公钥破解电子签名，得到摘要 D1 (如果失败，则信息来源主体校验失败)；
• 2,计算目标文本摘要 D2；
• 3,若 D1 === D2，则说明目标文本完整、未被篡改。

数字签名与非对称加密区别:

• 非对称加密（加密/解密）：公钥加密，私钥解密。
• 数字签名（签名/验证）：私钥签名，公钥验证。