如何在JavaScript中实现公钥加密技术

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在JavaScript中实现公钥密码学

密码学是指对信息进行编码和解码，以保持信息在传输过程中的保密性、完整性和认证。公钥密码学也被称为非对称密码学。在这种方法中，有一个公钥和一个私钥。公钥广为人知，而私钥则是一对通信者的秘密。

当一对人要进行通信时，发送者使用接收者的公钥对信息进行加密，从而得到密码文本。当收件人收到信息时，他们用他们的私钥解密信息。发送方的私钥和接收方的公钥被编码在密码文本中。这就消除了[密钥分配问题]。

前提条件

在我们开始之前，如果你有以下条件，将有所帮助。

  • 在你的电脑上安装Node.js。

  • 一些关于JavaScript编程语言的基本知识。

  • 一些关于密码学的基本知识。

使用公钥密码学的算法

自1976年首次发布以来，不同的算法都应用了这种机制。以下是一些使用公钥密码学的算法。

  • RSA（Rivest-Shamir-Adelman）：RSA是由[Rivest],[Shamir]和[Adelman]设计的。

  • 椭圆曲线加密法：椭圆曲线加密法是由[Neal Koblitz]和[Victor S. miller]在1985年提出的。它是基于椭圆曲线有限域上的[代数结构]。

  • Diffie Hellman协议：Diffie Hellman协议是一种使用[公共通道]交换加密密钥的机制。它是由[Whitfield Diffie]和[Martin Hellman]设计的，并在1976年首次发表。

JavaScript中的公钥密码学库

有不同的库用于在JavaScript中实现公钥密码学。以下是最常用的。

  • [NaCL]：它是一个高速库，用于进行加密、解密和网络通信。它使用椭圆曲线密码学算法。

  • [TweetNaCL]：它是最早发布的加密库之一，它最初是用C编程语言编写的。TweeNaCL.js是该库的JavaScript版本。它使用Diffie Hellman算法。

使用TweetNaCL.js来实现公钥加密技术

在这篇文章中，我们将使用TweetNaCL.js 来实现公钥密码学的概念。

首先，让我们安装应用程序中使用的依赖项。你可以使用npm 或 yarn来安装这些软件包。

npm install tweetnacl tweetnacl-util

或

yarn add tweetnacl tweetnacl-util

实际场景

我们有两个通信对，David和Viktoria。当David向Viktoria发送消息时，他使用Viktoria的公钥对其进行加密。当Viktoria收到信息时，她用她的私钥进行解密。当她决定回复信息时，她用David的公钥对她的信息进行加密，当David收到信息时，他用他的私钥对信息进行解密。

导入图书馆

//import the libraries
const nacl = require('tweetnacl');
nacl.util = require('tweetnacl-util');

生成密钥

//Generate the keys
const david = nacl.box.keyPair();
const viktoria = nacl.box.keyPair();

我们已经为David和Viktoria生成了密钥。一对钥匙由公钥和私钥组成。这些钥匙的类型是 Uint8Array(32).

例如，David的密钥对将看起来像这样。

{
  publicKey: Uint8Array(32) [
    159,  32, 160, 185, 143,  29,  55,  23,
    111, 203,  90, 224,  64,  90,  65,  75,
     80, 149,  12, 124,  83, 145,  72, 162,
     96, 163, 121, 157,  62,  78, 203,  52 
  ],
  secretKey: Uint8Array(32) [
     72, 210, 106, 229, 196,  53,   2,  88,
    124,  87, 128, 174, 185,   0, 192,  52,
      5, 162,  11,  39,  23, 183, 103, 165,
     40, 128, 179, 242,  38, 132,  78, 241 
  ]
}

David正在加密信息

function davidEncrypting(){
    const one_time_code = nacl.randomBytes(24);

    //Get the message from david
    const plain_text = "Hello there Viktoria";

    //Get the cipher text
    const cipher_text = nacl.box(
        nacl.util.decodeUTF8(plain_text),
        one_time_code,
        viktoria.publicKey,
        david.secretKey
    );

    //message to be sent to Viktoria
    const message_in_transit = {cipher_text,one_time_code};

    return message_in_transit;
};

  1. 我们将生成一个一次性代码，这个代码即只对当前进程有效。

  2. 我们将从David那里得到纯文本。

  3. 我们将使用nacl.box() ，通过以下参数组成密码文本。

    • 通过decodeUTF8() ，将明文作为参数传递，产生一串Unicode字符。

    • 一次性代码。

    • Viktoria的公钥。

    • David的私钥。

按照库的规定，要发送给收件人的信息是。

  • 密码文本。

  • 一次性代码。

Viktoria解密该信息

function viktoriaDecrypting(message){
    //Get the decoded message
    let decoded_message = nacl.box.open(message.cipher_text, message.one_time_code, david.publicKey, viktoria.secretKey);

    //Get the human readable message
    let plain_text = nacl.util.encodeUTF8(decoded_message)

    //return the plaintext
    return plain_text;
};

输出。

Hello there Viktoria

我们正在使用密码文本、一次性代码、David的公钥和Viktoria的秘钥对信息进行解码。然后使用encodeUTF8() ，将该信息编码为UTF8 ，以便其可被人类阅读。

中间人攻击

在公钥密码学中，公钥被广泛传播。这意味着，攻击者可能会得到另一方的公钥。如果甲方与乙方进行通信，攻击者可以冒充自己，当甲方向乙方发送信息时，信息在到达乙方之前就已经到达攻击者手中。

然后，攻击者修改信息并将修改后的信息发送给乙方。当乙方决定回复时，信息再次被发送给攻击者，攻击者修改了信息并将修改后的信息发送给甲方。这是对公钥密码学的一个主要威胁。

使用预先计算的密钥

为了遏制上述威胁，我们使用预先计算的密钥。在这里，在加密和解密时，我们使用一个共享密钥，而不是使用可能被冒充的另一方的公钥。共享密钥是收件人的公钥和发件人的秘钥的一个特殊组合密钥。

David 加密信息

function davidEncrypting(){
    //David computes a one time shared key
    const david_shared_key = nacl.box.before(viktoria.publicKey,david.secretKey);

    //David also computes a one time code.
    const one_time_code = nacl.randomBytes(24);

    //Davids message
    const plain_text = "Hey!!, our communication is now more secure";

    //Getting the cipher text
    const cipher_text = nacl.box.after(
        nacl.util.decodeUTF8(plain_text),
        one_time_code,
        david_shared_key 
    );

    //message to be transited.
    const message_in_transit = {cipher_text,one_time_code};

    return message_in_transit;
};

  1. 我们将根据Viktoria的公钥和David的秘钥计算出一个共享密钥。

  2. 我们将生成一个一次性代码。

  3. 我们将从David那里得到纯文本。

  4. 我们将使用nacl.box.after() ，通过以下参数计算出密码文本。

    • 通过将明文传给decodeUTF8() ，生成一串Unicode字符。

    • 一次性代码。

    • David的共享密钥。

将要发送给收件人的信息由以下部分组成。

  • 密码文本。

  • 一次性代码。

Viktoria对信息进行解密

function viktoriaDecrypting(message){
    //Getting Viktoria's shared key
    const viktoria_shared_key = nacl.box.before(david.publicKey,viktoria.secretKey);

    //Get the decoded message
    let decoded_message = nacl.box.open.after(message.cipher_text,message.one_time_code,viktoria_shared_key);

    //Get the human readable message
    let plain_text = nacl.util.encodeUTF8(decoded_message)

    //return the message
    return plain_text;
};

输出。

Hey!!, our communication is now more secure

  1. 我们将得到Viktoria的共享密钥。

  2. 我们将使用密码文本、一次性代码和她的共享密钥来解码Viktoria的信息。

  3. 我们将使用encodeUTF8() ，将信息编码为UTF8 ，使其可被人类阅读。

维护公钥

公钥基础设施是一个负责维护和注册公钥的机构。使用公钥基础设施的实际领域是银行。所有银行的钥匙都由一个机构存储和维护。因此，当一家银行想向另一家银行转移资金时，他们会从共同的机构获得钥匙。公钥基础设施确保了公钥的可信度，从而防止了中间人的攻击。

维护私人或秘密钥匙

维护这些钥匙是非常重要的，因为它们是至关重要的。目前，它们被在线存储在数据库或通过一些其他媒介。它们通常使用加密算法（如Advanced Encryption Standard (AES) ）进行加密，以便在存储之前促进其完整性。

采用公钥加密法的平台

一些在生产中使用公钥加密技术的平台包括。

  • [Whatsapp]
  • [Threema]
  • [SSL/TLS握手]

结论

公钥加密法解决了密钥分配问题，但遭受到中间人攻击的威胁。有不同的方法来解决这个问题，其中包括使用预先计算的密钥。这种方法仍然有需求，并被许多成功的公司所使用。

在这篇文章中，我们已经介绍了公钥密码学，使用公钥密码学的算法，在JavaScript中实现公钥密码学时要使用的库。

我们还使用tweetnacl.js 实现了公钥密码学，我们讨论了中间人攻击，一个使用预先计算的密钥的简单例子，我们如何维护公钥和私钥，我们还提到了今天使用公钥密码学的平台。

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