Node.js 中的密码学：加密和哈希

Node.js 中的密码学：内置模块 `crypto`

在现代 Web 开发中，数据安全是一个至关重要的方面。Node.js 提供了一个强大且灵活的内置模块 crypto，它实现了广泛的密码学功能。该模块无需安装额外的包，即可解决哈希、对称和非对称加密、创建数字签名和 HMAC（基于哈希的消息认证码）等任务。

在本文中，我们将详细解析 crypto 的主要功能，并提供实用的代码示例。

`crypto` 模块的主要功能

哈希 — 将任意长度的数据转换为固定长度的字符串（SHA-256、SHA-512、MD5）。
对称加密 — 使用单个密钥进行加密和解密（AES-256-CBC、AES-192-GCM）。
非对称加密 — 使用密钥对（公钥/私钥）进行加密，基于 RSA 或 ECDH。
HMAC — 使用密钥进行哈希，以验证消息的完整性和真实性。
数字签名 — 创建和验证签名以确认作者身份。

导入模块

crypto 模块内置于 Node.js 中，因此可以通过标准方式导入：

const crypto = require('crypto');

示例 1：数据哈希（SHA-256）

哈希是一种单向函数，常用于存储密码和验证文件完整性。

const data = 'PythonLib — 教育门户';

// 创建 SHA-256 哈希const hash = crypto.createHash('sha256');hash.update(data);const hexHash = hash.digest('hex');

console.log('原始数据:', data);console.log('SHA-256 哈希:', hexHash);// 输出：SHA-256 哈希: b5a1... (64 个字符)

重要提示： 存储密码时，不要使用简单哈希，而应使用带“盐”的函数——例如 crypto.scryptSync() 或 pbkdf2Sync()。

示例 2：带盐的密码哈希（scrypt）

const password = 'MySecurePassword123';

// 生成随机盐const salt = crypto.randomBytes(16).toString('hex');

// 使用盐创建哈希（scrypt）const hash = crypto.scryptSync(password, salt, 64).toString('hex');

console.log('盐:', salt);console.log('密码哈希:', hash);

// 验证时使用相同的盐并比较哈希const isMatch = crypto.scryptSync(password, salt, 64).toString('hex') === hash;console.log('密码匹配:', isMatch); // true

示例 3：对称加密 AES-256-CBC

对称加密使用同一个密钥进行加密和解密。AES-256-CBC 算法还需要初始化向量（IV）。

// 加密函数function encrypt(text, key) {    const iv = crypto.randomBytes(16); // 生成 IV    const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', key, iv);    let encrypted = cipher.update(text, 'utf8', 'hex');    encrypted += cipher.final('hex');    return { iv: iv.toString('hex'), encrypted };}

// 解密函数function decrypt(encrypted, key, ivHex) {    const iv = Buffer.from(ivHex, 'hex');    const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-256-cbc', key, iv);    let decrypted = decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8');    decrypted += decipher.final('utf8');    return decrypted;}

// 使用示例const key = crypto.randomBytes(32); // 256 位密钥const secretMessage = 'PythonLib 的机密数据';

const encryptedData = encrypt(secretMessage, key);console.log('加密后:', encryptedData.encrypted);console.log('IV:', encryptedData.iv);

const decryptedMessage = decrypt(encryptedData.encrypted, key, encryptedData.iv);console.log('解密后:', decryptedMessage); // PythonLib 的机密数据

示例 4：HMAC（基于哈希的消息认证码）

HMAC 使用密钥对消息进行哈希，以确保消息在传输过程中未被篡改。

const message = 'PythonLib 的重要消息';const secretKey = 'my-secret-key';

// 创建 HMACconst hmac = crypto.createHmac('sha256', secretKey);hmac.update(message);const hmacHex = hmac.digest('hex');

console.log('HMAC:', hmacHex);

// 验证 HMAC（接收方使用相同的密钥和消息重新计算）const expectedHmac = crypto.createHmac('sha256', secretKey).update(message).digest('hex');console.log('HMAC 匹配:', hmacHex === expectedHmac); // true

示例 5：数字签名（RSA）

数字签名使用非对称加密来验证消息的真实性和完整性。首先需要生成 RSA 密钥对。

const { generateKeyPairSync, sign, verify } = require('crypto');

// 生成 RSA 密钥对const { publicKey, privateKey } = generateKeyPairSync('rsa', {    modulusLength: 2048,    publicKeyEncoding: { type: 'spki', format: 'pem' },    privateKeyEncoding: { type: 'pkcs8', format: 'pem' }});

const document = 'PythonLib 的文档';

// 创建签名const signature = sign('sha256', Buffer.from(document), {    key: privateKey,    padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PSS_PADDING});

console.log('签名:', signature.toString('base64'));

// 验证签名const isVerified = verify('sha256', Buffer.from(document), {    key: publicKey,    padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PSS_PADDING}, signature);

console.log('签名有效:', isVerified); // true