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敏感数据加密方案及实现

51CTO 2020-10-25 21:05:36

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。

敏感数据加密方案及实现

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

1. 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。

2. 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。

敏感数据加密方案及实现

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

1. 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。

敏感数据加密方案及实现

2. 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:

  • RSA (https://zh.wikipedia.org/wiki/RSA%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%BC%94%E7%AE%97%E6%B3%95)
  • Elgamal (https://zh.wikipedia.org/wiki/ElGamal%E5%8A%A0%E5%AF%86%E7%AE%97%E6%B3%95)等。

敏感数据加密方案及实现

3. 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:

  • MD4 (https://zh.wikipedia.org/wiki/MD4)
  • MD5 (https://zh.wikipedia.org/wiki/MD5)
  • SHA (https://zh.wikipedia.org/wiki/SHA%E5%AE%B6%E6%97%8F) 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。

敏感数据加密方案及实现

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。

敏感数据加密方案及实现

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:

  • AES 库(aes-js):https://github.com/ricmoo/aes-js
  • RSA库(jsencrypt):https://github.com/travist/jsencrypt
  • 具体代码实现登录接口

(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

 

2. aes 加密和解密方法

 

3. 请求登录

 

服务端(Node):

  • AES库(aes-js):https://github.com/ricmoo/aes-js
  • RSA 库(node-rsa):https://github.com/rzcoder/node-rsa
  • 具体代码实现登录接口

(1) 引用加密库

 

(2) 实现 login 接口

 

3. 加密和解密方法

 

完整的示例代码:https://github.com/Pulset/FrontDataEncrypt

演示效果

敏感数据加密方案及实现

总结

本文主要介绍了一些前端安全方面的知识和具体加密方案的实现。为了保护客户的隐私数据,不管是 HTTP 还是 HTTPS,都建议密文传输信息,让破解者增加一点攻击难度吧。当然数据加解密也会带来一定性能上的消耗,这个需要各位开发者各自衡量了。

【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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