聊一聊非對稱加密在介面引數中的簡單實現

背景

介面層做資料加密應該算是老生常談的一件事了，業界用的比較多的，不外乎是對稱加密，非對稱加密以及兩者的結合。

對稱加密，比較有代表性的就是 AES，金鑰只有一個，使用者端和伺服器端都要進行儲存，但是對使用者端來說，比較容易洩露，需要定期進行更換。

非對稱加密，比較有代表性的就是 RSA，有公鑰和私鑰，正常是伺服器端生成，將私鑰保留在伺服器端，公鑰派發出去，然後是使用者端用公鑰進行加密，伺服器端用私鑰進行解密。相對於對稱加密來說，是安全了一些，但是加解密的速度會慢一些，如果要加密的內容還比較多，還要進行分段處理，比較麻煩。

非對稱加密 + 對稱加密，這個應該是用的比較多的一種，做了一個折中處理，用 RSA 的公鑰加密 AES 的金鑰，然後用 AES 去加密請求資料。

下面老黃就用幾個簡單的例子來演示一下非對稱加密這一塊。

非對稱加密

這裡介紹的是純純的非對稱加密，還不是結合對稱加密的。

這種情況，如果真的使用，一般是會在登入介面，再細一點的話，就是密碼那個欄位的加密。

先來看看簡單的流程圖

後端介面處理

後端 API 介面需要提供兩個介面

根據應用使用者端獲取公鑰（當然把公鑰寫死在使用者端程式碼裡也是可以的）
解密處理資料

獲取公鑰

[HttpGet("req-pub")]
public IActionResult ReqPub([FromQuery] string appId)
{
    if(string.IsNullOrWhiteSpace(appId)) return BadRequest("invalid param");

    // 模擬從資料庫或快取中取資料
    var publicKey = RSAKeyMapping.GetServerPublicKeyByAppId(appId);
    if(string.IsNullOrWhiteSpace(publicKey)) return BadRequest("invalid appId");

    return Ok(new { data = publicKey });
}

解密處理

[HttpPost]
public async Task<IActionResult> Post([FromHeader] string appId)
{
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(appId)) return BadRequest("invalid appId");

    // 這裡本可以用引數接受，不過有一些網站的登陸介面是直接傳密文
    // 所以這裡也演示一下這種方式
    var data = await new StreamReader(Request.Body).ReadToEndAsync();
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(data)) return BadRequest("invalid param");

    // 模擬從資料庫或快取中取資料
    var rsaKey = RSAKeyMapping.GetByAppId(appId);
    if (rsaKey == null) return BadRequest("invalid appId");

    // 解密，正常解密後會是一個 JSON 字串，然後反序列化即可
    var decData = EncryptProvider.RSADecrypt(
        rsaKey.ServerPrivateKey, 
        Convert.FromBase64String(data), 
        RSAEncryptionPadding.Pkcs1, 
        true);

    return Ok($"Hello, {System.Text.Encoding.UTF8.GetString(decData)}");
}

前端頁面處理

前端用最原生的 HTML + JavaScript 來演示，這裡需要用到 jsencrypt 和 crypto-js。

大致流程的話，開啟頁面就從伺服器端獲取到公鑰，點選按鈕，就會把文字方塊中的內容用公鑰去加密，然後呼叫伺服器端的解密介面。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>RSA sample</title>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jquery/3.6.3/jquery.min.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/jsencrypt/3.3.1/jsencrypt.min.js"></script>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/crypto-js/4.1.1/crypto-js.min.js"></script>
    <script>
        let appId = "appId-2";
        let url = "http://localhost:7775";
        $(function () {
            // 獲取公鑰
            getPublicKeyFromServer();

            $("#btnSubmit").click(function () {
                var encrypt = new JSEncrypt();
                encrypt.setPublicKey(localStorage.getItem("spk"));
                var encData = encrypt.encrypt($("#txtData").val());
                sendBizReq(encData)
            });
        });
        
        function getPublicKeyFromServer() {
            $.get(url + "/com/req-pub?appId=" + appId, function (data, status) {
                localStorage.setItem("spk", data.data)
            });
        }
        
        function sendBizReq(data) {
            $.ajax({
                url: url + "/biz",
                type: 'post',
                // dataType: 'json',
                data: data,
                headers: {
                    'appId': appId,
                    'Content-Type': 'application/json'
                },
                success: function (res) {
                    console.log(res)
                    alert(res);
                },
                error: function (e) {
                    console.log(e)
                }
            });
        }
    </script>
</head>
<body>
    <div>
        <input type="text" id="txtData" />
        <button id="btnSubmit">submit</button>
    </div>
</body>
</html>

執行效果大致如下：

這個例子不算複雜，應該比較好理解。

下面再來看看非對稱加密 + 對稱解密的方式。

非對稱加密 + 對稱加密

這兩種加密結合的，網上其實很多例子，不過每個實現都會有一些細微的差別。

這種相對來說，適用的場景就比較多了，基本都可以覆蓋。

同樣看看簡單的流程圖，再看如何實現。

後端介面處理

後端 API 介面也是需要提供兩個介面，公鑰獲取和上面的是一樣的，變動的是解密這一塊，因為這裡還引入了 AES 。

[HttpPost]
public IActionResult Post([FromHeader] string appId, [FromBody] RequestDto dto)
{
    if(string.IsNullOrWhiteSpace(appId)) return BadRequest("invalid appId");
    // 這裡正常用實體接收，不從流讀取了
    if (dto == null 
        || string.IsNullOrWhiteSpace(dto.EP)
        || string.IsNullOrWhiteSpace(dto.EAK)) return BadRequest("invalid param");

    // 模擬從資料庫或快取中取資料
    var rsaKey = RSAKeyMapping.GetByAppId(appId);
    if (rsaKey == null) return BadRequest("invalid appId");

    // 解密使用者端傳過來的 AES 金鑰
    var decAesKey = EncryptProvider.RSADecrypt(
        rsaKey.PrivateKey, 
        Convert.FromBase64String(dto.EAK),
        RSAEncryptionPadding.Pkcs1, 
        true);

    // 根據解密的金鑰，進行 AES 解密
    var decData = EncryptProvider.AESDecrypt(
        dto.EP, 
        System.Text.Encoding.UTF8.GetString(decAesKey));

    return Ok($"Hello, {decData}");
}

前端頁面處理

前端這一塊其實變動也不會大，主要是多了一步 AES 金鑰的生成和 AES 的加密。

$(function () {
    getPublicKeyFromServer();

    $("#btnSubmit").click(function () {
        var encrypt = new JSEncrypt();
        encrypt.setPublicKey(localStorage.getItem("spk"));
        
        // 隨機生成 aes 的金鑰
        var aesKey = getAesKey();
        // 用公鑰去加密這個金鑰
        var encAesKey = encrypt.encrypt(aesKey);
        // 用 aes 的金鑰去加密資料
        var encData = aesEncrypt($("#txtData").val(), aesKey);
        sendBizReq(encData, encAesKey)
    });
});

function sendBizReq(data, aesKey) {
    $.ajax({
        url: url + "/biz",
        type: 'post',
        // dataType: 'json',
        data: JSON.stringify({ ep: data, eak: aesKey }),
        headers: {
            'appId': appId,
            'Content-Type': 'application/json'
        },
        success: function (res) {
            console.log(res)
            alert(res);
        },
        error: function (e) {
            console.log(e)
        }
    });
}

function getAesKey() {
    var s = [];
    var hexDigits = "0123456789abcdef";
    for (var i = 0; i < 32; i++) {
        s[i] = hexDigits.substr(Math.floor(Math.random() * 0x10), 1);
    }
    s[14] = "4";
    s[19] = hexDigits.substr((s[19] & 0x3) | 0x8, 1);
    s[8] = s[13] = s[18] = s[23];
    var uuid = s.join("");
    return uuid;
}

function aesEncrypt(data, key) {
    var encryptedData = CryptoJS.AES.encrypt(
        CryptoJS.enc.Utf8.parse(data), 
        CryptoJS.enc.Utf8.parse(key), 
        {
            mode: CryptoJS.mode.ECB,
            padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
        });

    return encryptedData.toString();
}

效果已經出來了。

一些考慮

可能有朋友會問，前端生成的 AES 金鑰可信嗎？

畢竟有流傳類似這樣一句話 任何使用者端傳過來的資料都是不能直接信任的。

有這種顧慮也算正常。

這個時候就需要考慮伺服器端生成金鑰的方案了：

生成其實是一件小事，傳輸是一件比較核心的事。

首先考慮金鑰也是密文傳輸的，所以伺服器端和使用者端要同時擁有一對公鑰和私鑰。

伺服器端在向用戶端傳輸金鑰時，要用使用者端的公鑰進行加密，然後使用者端用自己私鑰進行解密獲得，這樣才能保證金鑰的「安全性」。

這種的話，互動邏輯會複雜一些。

除了 RSA 演演算法，後面可能還要嘗試一下國密演演算法中的 SM2。