前端RSA密钥生成和加解密——window.crypto使用相关

2024-08-03 14:20 由 charleschwang 发表于 #前端开发

转自简书，原文地址，本文介绍window.crypto关于RSA方面的API。

crypto API支持常用的rsa、aes加解密，这边介绍rsa的应用。

浏览器兼容性

window.crypto需要chrome 37版本，ie 11，safari 11才支持全部API而基本的加解密在safari 7就可以。

生成公私钥

crypto.subtle.generateKey(algorithm, extractable, keyUsages)，其中：
1.algorithm参数根据不同算法填入对应的参数对，rsa需要填入RsaHashedKeyGenParams对象包含有：

name，可选RSASSA-PKCS1-v1_5, RSA-PSS, or RSA-OAEP，这边如果用于加解密是不支持旧的RSAES-PKCS1-v1_5的（jsencrypt.js支持），RSASSA-PKCS1-v1_5用于签名
modulusLength，为rsa位数，推荐至少2048位（相当于112位的aes）才能较为安全，此参数最为影响性能，比如1024比2048快非常多，NIST建议目前的RSA秘钥安全强度是2048位，如果需要工作到2030年之后，就使用3072位的秘钥
publicExponent，一般直接为[0x01, 0x00, 0x01]
hash，摘要方式，可选SHA-256，SHA-384，SHA-512，这边也允许SHA-1，但是因为其安全性所以基本不建议

2.extractable一般是true，表示是否允许以文本的方式导出key

3.keyUsages是一个数组，里面可选encrypt，decrypt，sign等

window.crypto.subtle.generateKey(
    {
        name: "RSA-OAEP",
        modulusLength: 2048,
        publicExponent: new Uint8Array([0x01, 0x00, 0x01]),
        hash: {
            name: "SHA-512" // 这边如果后端使用公钥加密，要注意与前端一致
        },
    },
    true,
    ["encrypt", "decrypt"] // must be ["encrypt", "decrypt"] or ["wrapKey", "unwrapKey"]
)

函数结果返回一个promise对象，如果是对称加密会得到一个密钥CryptoKey类型，这边rsa会得到一个密钥对CryptoKeyPair，它有2个CryptoKey成员，privateKey和publicKey，我们导出密钥为文本或者加解密都将通过这2个成员对象。

导出公私钥

window.crypto.subtle.exportKey(format, key)，其中：
1.format可选raw，pkcs8，spki，jwk，我们这边在导出公钥时选spki，私钥选pkcs8

2.key就是上面CryptoKeyPair的privateKey或者publicKey
函数返回一个promise对象，结果是一个ArrayBuffer，这边转成pem风格。

// 导出私钥
 window.crypto.subtle.exportKey(
    "pkcs8", // 公钥的话这边填spki
    key.privateKey // 公钥这边是publicKey
).then(function(keydata2) {
    let privateKey = RSA2text(keydata1, 1) // 私钥pem
}).catch(function(err) {
    console.error(err)
})
// pem格式文本
function RSA2text(buffer, isPrivate = 0) {
    let binary = ''
    const bytes = new Uint8Array(buffer)
    const len = bytes.byteLength
    for (let i = 0; i < len; i++) {
        binary += String.fromCharCode(bytes[i])
    }
    const base64 = window.btoa(binary)
    let text = "-----BEGIN " + (isPrivate ? "PRIVATE" : "PUBLIC") + " KEY-----\n" // 这里-----BEGIN和-----是固定的
    text += base64.replace(/[^\x00-\xff]/g, "$&\x01").replace(/.{64}\x01?/g, "$&\n") // 中间base64编码
    text += "\n-----END " + (isPrivate ? "PRIVATE" : "PUBLIC") + " KEY-----" // 这里-----END和-----是固定的
    return text
}

导入公私钥

window.crypto.subtle.importKey(
format,
keyData,
algorithm,
extractable,
keyUsages
)，其中：
1.format可选raw，pkcs8，spki，jwk，对应之前生成时的选择，我们这边在导入公钥时选spki，私钥选pkcs8。

2.keyData，即window.crypto.subtle.exportKey获得的ArrayBuffer，由于在这里时我们一般只有pem文本的，所以还需要做转换成ArrayBuffer。

3.algorithm这边我们是rsa，需要填入一个RsaHashedImportParams对象，这边对应crypto.subtle.generateKey所需的RsaHashedKeyGenParams对象，含有：

name，都保持与之前一致
hash

4.extractable同crypto.subtle.generateKey的

5.keyUsages同crypto.subtle.generateKey
函数返回一个promise对象，结果是一个CryptoKey。

// 导入公钥
const pub = "-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAo5NwYVVSg6rmAIKoxvCI
4Rn7FYh0mOFrnr0q2+r99/ZGuYCj5b6FQ8BwaaU8XpRn/y3W7W2bCggNRwllWQ2r
dHIM+6vN2Yi/QYntKqbcRNlK1s02G2lw9pERaWi15+5P8+AFR8IHANm/Dd/19OlM
5FZ9hh+qG7FXFhV2i4r62pUZxhk6ykItOT16IH5poK9eEDhqsXZ+3UW6cGlxANgO
jHJEnZpNCI5tS/4kFhLogHvEd88MoapljL6cZXk3ZafvxgUwxI6BZIhlw0adh2sj
bByIHitjRxqKMDH7uSdV9zf8t5Wa0bZFcUpcb5Jx2QBWIlO1qP+Q4LLMbNvEHeBC
4wIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----"

const pemHeader = "-----BEGIN PUBLIC KEY-----" // 之前RSA2text函数里面的头尾标识，这个是公钥的
const pemFooter = "-----END PUBLIC KEY-----"
const pemContents = pub.substring(pemHeader.length, pub.length - pemFooter.length) // 去除pem头尾
// base64解码
const binaryDer = window.atob(pemContents)
// 转为ArrayBuffer二进制字符串
const binary = str2ab(binaryDer)
window.crypto.subtle.importKey(
    "spki", // 这边如果私钥则是pkcs8
    binary , 
    {
        name: "RSA-OAEP",
        hash: "SHA-512" // 保持一致
    },
    true, 
    ["encrypt"] // 用于加密所以是公钥，私钥就是decrypt
)

function str2ab(str) {
    const buf = new ArrayBuffer(str.length)
    const bufView = new Uint8Array(buf)
    for (let i = 0, strLen = str.length; i < strLen; i++) {
        bufView[i] = str.charCodeAt(i)
    }
    return buf
}

加密解密

加密crypto.subtle.encrypt(algorithm, key, data)，其中：
1.algorithm，加解密只支持RSA-OAEP不支持RSAES-PKCS1-v1_5

2.key即公钥的CryptoKey对象

3.data是一个BufferSource对象，不能直接是要加密的字符串。
结果是一个ArrayBuffer，可以使用window.btoa(String.fromCharCode(...new Uint8Array(e)))输出为base64字符串

const enc = new TextEncoder()
const data = enc.encode("sucks") // 这边将要加密的字符串转为utf-8的Uint8Array
window.crypto.subtle.encrypt(
    {
        name: "RSA-OAEP"
    },
    publicKey, // 生成或者导入的CryptoKey对象
    data
)

解密crypto.subtle.decrypt(algorithm, key, data)，基本同加密，这边data对应为加密返回的ArrayBuffer，如果是base64字符串比如从后端加密过来的，就需要转为Uint8Array。

function base64ToUint8Array(base64String) {
    const padding = '='.repeat((4 - base64String.length % 4) % 4)
    const base64 = (base64String + padding).replace(/\-/g, '+').replace(/_/g, '/')

    const rawData = window.atob(base64)
    const outputArray = new Uint8Array(rawData.length)

    for (let i = 0; i < rawData.length; ++i) {
        outputArray[i] = rawData.charCodeAt(i)
    }
    return outputArray
}

返回值同加密