Node.js Crypto庫詳解

Node.js的Crypto庫是一個內置模塊，提供了加密和解密的工具。本文將會從多個維度詳細介紹Crypto庫的使用方法。

一、加密算法

Node.js的Crypto庫支持多種常見的加密算法，例如MD5、SHA-1、SHA-256、AES、RSA等。其中，對稱算法和非對稱算法的應用場景不同。

1、對稱加密算法

對稱加密算法指加密和解密使用相同的密鑰。其中，最常見的對稱加密算法有AES、DES和3DES。這種算法的優點是加解密速度快，適合加密大數據。下面是一個AES對稱加密的示例代碼：

const crypto = require('crypto');
const key = 'my-secret-key';
const plaintext = 'hello world';
const cipher = crypto.createCipher('aes-256-cbc', key);
let encrypted = cipher.update(plaintext, 'utf8', 'hex');
encrypted += cipher.final('hex');
console.log(encrypted);

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_class_cipher

2、非對稱加密算法

非對稱加密算法指加密和解密使用不同的密鑰。其中，最常見的非對稱加密算法有RSA。這種算法的優點是加密強度高，安全性好，但是加解密速度較慢。

下面是一個使用RSA非對稱加密的示例代碼：

const crypto = require('crypto');
const { publicKey, privateKey } = crypto.generateKeyPairSync('rsa', {
  modulusLength: 2048,
  publicKeyEncoding: {
    type: 'spki',
    format: 'pem',
  },
  privateKeyEncoding: {
    type: 'pkcs8',
    format: 'pem',
   },
});
const plaintext = 'hello world';
const encrypted = crypto.publicEncrypt(publicKey, Buffer.from(plaintext));
console.log(encrypted.toString('base64'));

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_class_cryptokeypair

二、Hash算法

Hash算法又稱散列算法，是一種將任意長度數據映射為固定長度哈希值的算法。常見的Hash算法有MD5、SHA-1、SHA-256等。Node.js的Crypto庫提供了這些算法的實現。

1、MD5算法

MD5算法是最廣泛使用的Hash算法之一，生成128-bit的哈希值。下面是一個MD5哈希的示例代碼：

const crypto = require('crypto');
const hash = crypto.createHash('md5');
hash.update('hello world');
console.log(hash.digest('hex'));

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_crypto_createhash_algorithm_options

2、SHA-1算法

SHA-1算法生成160-bit的哈希值，相對於MD5更加安全。下面是一個SHA-1哈希的示例代碼：

const crypto = require('crypto');
const hash = crypto.createHash('sha1');
hash.update('hello world');
console.log(hash.digest('hex'));

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_crypto_createhash_algorithm_options

三、加解密實戰

本節將結合對稱加密和非對稱加密實現一個真實的加解密應用。

1、生成密鑰

本例中，使用RSA非對稱加密算法和AES對稱加密算法。首先，我們需要生成RSA密鑰對，並把公鑰存儲到文件中。

const fs = require('fs');
const crypto = require('crypto');

const { publicKey, privateKey } = crypto.generateKeyPairSync('rsa', {
  modulusLength: 2048,
});

fs.writeFileSync('./public.pem', publicKey);
console.log('public key saved');

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_crypto_generatekeypairsync_type_options

2、數據加密

接下來，我們使用AES對稱加密算法，使用生成的RSA公鑰對AES密鑰進行加密，再用AES密鑰對數據進行加密。

const fs = require('fs');
const crypto = require('crypto');

const publicKey = fs.readFileSync('./public.pem');

function encrypt(message, key) {
  const iv = Buffer.alloc(16, 0);
  const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', key, iv);
  let encrypted = cipher.update(message, 'utf8', 'hex');
  encrypted += cipher.final('hex');
  return encrypted;
}

const plaintext = 'hello world';
const key = crypto.randomBytes(32);
const encryptedKey = crypto.publicEncrypt(publicKey, key).toString('hex');
const encryptedData = encrypt(plaintext, key);
console.log('key:', key.toString('hex'));
console.log('encryptedKey:', encryptedKey);
console.log('encryptedData:', encryptedData);

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_crypto_createcipheriv_algorithm_key_iv_options

3、數據解密

最後，我們用生成的RSA私鑰對AES密鑰進行解密，再用解密後的密鑰對數據進行解密。

const fs = require('fs');
const crypto = require('crypto');

const publicKey = fs.readFileSync('./public.pem');
const privateKey = fs.readFileSync('./private.pem');

function encrypt(message, key) {
  const iv = Buffer.alloc(16, 0);
  const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', key, iv);
  let encrypted = cipher.update(message, 'utf8', 'hex');
  encrypted += cipher.final('hex');
  return encrypted;
}

function decrypt(encrypted, key) {
  const iv = Buffer.alloc(16, 0);
  const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-256-cbc', key, iv);
  let decrypted = decipher.update(encrypted, 'hex', 'utf8');
  decrypted += decipher.final('utf8');
  return decrypted;
}

const plaintext = 'hello world';
const key = crypto.randomBytes(32);
const encryptedKey = crypto.publicEncrypt(publicKey, key).toString('hex');
const encryptedData = encrypt(plaintext, key);

const decryptedKey = crypto.privateDecrypt(privateKey, Buffer.from(encryptedKey, 'hex'));
const decryptedData = decrypt(encryptedData, decryptedKey);
console.log('key:', decryptedKey.toString('hex'));
console.log('data:', decryptedData);

參考文獻：https://nodejs.org/api/crypto.html#crypto_crypto_privatedecrypt_privatekey_buffer

四、總結

本文結合對稱加密和非對稱加密，以及Hash算法，詳細介紹了Node.js的Crypto庫，包括加密、解密、Hash等方面的知識點。希望讀者能夠通過本文對Node.js的Crypto庫有更深入的了解，並在實際應用中靈活運用。