浅析非对称加密在接口参数中的实现

时间:2023-03-21 catcherwong 人气:0

背景

接口层做数据加密应该算是老生常谈的一件事了，业界用的比较多的，不外乎是对称加密，非对称加密以及两者的结合。

对称加密，比较有代表性的就是 AES，密钥只有一个，客户端和服务端都要进行存储，但是对客户端来说，比较容易泄露，需要定期进行更换。

非对称加密，比较有代表性的就是 RSA，有公钥和私钥，正常是服务端生成，将私钥保留在服务端，公钥派发出去，然后是客户端用公钥进行加密，服务端用私钥进行解密。相对于对称加密来说，是安全了一些，但是加解密的速度会慢一些，如果要加密的内容还比较多，还要进行分段处理，比较麻烦。

非对称加密 + 对称加密，这个应该是用的比较多的一种，做了一个折中处理，用 RSA 的公钥加密 AES 的密钥，然后用 AES 去加密请求数据。

下面老黄就用几个简单的例子来演示一下非对称加密这一块。

非对称加密

这里介绍的是纯纯的非对称加密，还不是结合对称加密的。

这种情况，如果真的使用，一般是会在登录接口，再细一点的话，就是密码那个字段的加密。

先来看看简单的流程图

后端接口处理

后端 API 接口需要提供两个接口

根据应用客户端获取公钥（当然把公钥写死在客户端代码里也是可以的）
解密处理数据

获取公钥

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

    // 模拟从数据库或缓存中取数据
    var publicKey = RSAKeyMapping.GetServerPublicKeyByAppId(appId);
    if(string.IsNullOrWhiteSpace(publicKey)) return BadRequest("invalid appId");

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

解密处理

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

    // 这里本可以用参数接受，不过有一些网站的登陆接口是直接传密文
    // 所以这里也演示一下这种方式
    var data = await new StreamReader(Request.Body).ReadToEndAsync();
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(data)) return BadRequest("invalid param");

    // 模拟从数据库或缓存中取数据
    var rsaKey = RSAKeyMapping.GetByAppId(appId);
    if (rsaKey == null) return BadRequest("invalid appId");

    // 解密，正常解密后会是一个 JSON 字符串，然后反序列化即可
    var decData = EncryptProvider.RSADecrypt(
        rsaKey.ServerPrivateKey, 
        Convert.FromBase64String(data), 
        RSAEncryptionPadding.Pkcs1, 
        true);

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

前端页面处理

前端用最原生的 HTML + JavaScript 来演示，这里需要用到 jsencrypt 和 crypto-js。

大致流程的话，打开页面就从服务端获取到公钥，点击按钮，就会把文本框中的内容用公钥去加密，然后调用服务端的解密接口。

<!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 () {
            // 获取公钥
            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>

运行效果大致如下：

这个例子不算复杂，应该比较好理解。

下面再来看看非对称加密 + 对称解密的方式。

非对称加密 + 对称加密

这两种加密结合的，网上其实很多例子，不过每个实现都会有一些细微的差别。

这种相对来说，适用的场景就比较多了，基本都可以覆盖。

同样看看简单的流程图，再看如何实现。

后端接口处理

后端 API 接口也是需要提供两个接口，公钥获取和上面的是一样的，变动的是解密这一块，因为这里还引入了 AES 。

[HttpPost]
public IActionResult Post([FromHeader] string appId, [FromBody] RequestDto dto)
{
    if(string.IsNullOrWhiteSpace(appId)) return BadRequest("invalid appId");
    // 这里正常用实体接收，不从流读取了
    if (dto == null 
        || string.IsNullOrWhiteSpace(dto.EP)
        || string.IsNullOrWhiteSpace(dto.EAK)) return BadRequest("invalid param");

    // 模拟从数据库或缓存中取数据
    var rsaKey = RSAKeyMapping.GetByAppId(appId);
    if (rsaKey == null) return BadRequest("invalid appId");

    // 解密客户端传过来的 AES 密钥
    var decAesKey = EncryptProvider.RSADecrypt(
        rsaKey.PrivateKey, 
        Convert.FromBase64String(dto.EAK),
        RSAEncryptionPadding.Pkcs1, 
        true);

    // 根据解密的密钥，进行 AES 解密
    var decData = EncryptProvider.AESDecrypt(
        dto.EP, 
        System.Text.Encoding.UTF8.GetString(decAesKey));

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

前端页面处理

前端这一块其实变动也不会大，主要是多了一步 AES 密钥的生成和 AES 的加密。

$(function () {
    getPublicKeyFromServer();

    $("#btnSubmit").click(function () {
        var encrypt = new JSEncrypt();
        encrypt.setPublicKey(localStorage.getItem("spk"));
        
        // 随机生成 aes 的密钥
        var aesKey = getAesKey();
        // 用公钥去加密这个密钥
        var encAesKey = encrypt.encrypt(aesKey);
        // 用 aes 的密钥去加密数据
        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();
}

效果已经出来了。

一些考虑

可能有朋友会问，前端生成的 AES 密钥可信吗？

毕竟有流传类似这样一句话 任何客户端传过来的数据都是不能直接信任的。

有这种顾虑也算正常。

这个时候就需要考虑服务端生成密钥的方案了：

生成其实是一件小事，传输是一件比较核心的事。

首先考虑密钥也是密文传输的，所以服务端和客户端要同时拥有一对公钥和私钥。

服务端在向客户端传输密钥时，要用客户端的公钥进行加密，然后客户端用自己私钥进行解密获得，这样才能保证密钥的“安全性”。

这种的话，交互逻辑会复杂一些。

除了 RSA 算法，后面可能还要尝试一下国密算法中的 SM2。

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