程序员密码学 1：基础知识

密码学基本原理

BubblePress @AliasKepler

前几天我读到一篇文章，讨论了有多少流行的安卓应用在代码中存在基本的加密漏洞。分析使用了哥伦比亚大学的 Crylogger，这是一款用于检测加密漏洞的开源动态分析工具。我对结果有些惊讶（所有被分析的应用都至少违反了他们选定的 26 条加密规则中的一条），但情况也并不十分意外。我自己在参与的项目中也遇到过不止一条这样的规则被违反的情况。对于那些从未学习过加密技术、不了解其基础知识的人来说，这些规则很难直观地理解。而且大多数程序员通常从未以结构化的方式正确学习过加密技术。当普通程序员想要在他们的项目中实现某种加密技术时，他们会像处理其他问题一样：在 Stack Overflow 上寻找解决方案。加密代码的问题在于，即使它看起来有效，也并不意味着它是安全的。在某些情况下完全安全的加密代码，在另一种情况下可能毫无用处。另一个常见问题是，新项目通常不太关心安全性，而是将其留待将来再处理。但有些情况下，后期重构的成本太高。如果您使用不安全的哈希值存储用户密码，那么除非用户重置密码，或者必须处理两种不同类型的哈希值，否则您将无法解决这个问题，因此错误仍然存​​在。然而，从一开始就安全地存储密码非常简单，并且不会花费任何额外的时间。

本系列旨在为程序员讲解密码学的基础知识，使他们的项目不会成为统计数据的一部分。有时，密码学似乎令人望而生畏。我的目的并非教授密码学算法的具体细节，也并非深入探讨学术密码学的细节和细微差别。我的目标是尽可能使其实用，同时提供最佳实践和应避免的错误。对于那些想深入了解我所讲内容的人，我将提供相关资料的链接。

我将为部分章节提供 TypeScript / Node 代码示例，但不建议直接使用这些代码，除非您阅读完整系列文章、理解代码并思考其是否真正适合您的问题。我还会提供一些不完整和不正确的代码，您可以在后续章节中进行改进。读完本系列文章后，读者应该能够理解并应用哥伦比亚大学为 Crylogger 选择的 26 条加密规则。

该系列将分为四个部分：

在第 1 部分（本部分）中，我将提供一些编写安全加密代码的基本通用规则。

在第二部分中，我将讨论区块密码学，这是一种最常用于数据加密/解密的密码学。我们还将讨论生成密钥和随机数的安全方法。

在第 3 部分中，我将讨论身份验证、密码和登录管理，我们将把它们放在一起以实现使用 JWT 登录。

在第 4 部分中，我将讨论公钥加密和互联网协议的基础知识（SSL/TLS、SSH 等）。

密码学基本原理

1. 避免不必要的复杂性

密码系统存在于更大的系统内部，并非孤立的组件。系统越复杂，就越有可能存在漏洞。而你的系统安全性取决于其中最不安全的组件。假设你非常自豪，因为你使用了最先进的密码算法，但你生成或存储密钥的方式却不安全。那么，即使密码学再好，密钥也很容易被攻击者获取，你的所有数据都可以轻松解密。你的代码中需要安全保护的部分越多，代码越复杂，就越有可能在某个时候被人搞砸。

2. 柯克霍夫原则：只有钥匙才是秘密

在密码安全中，只有加密/解密密钥（或非对称加密中的私钥）应该是保密的。这意味着，系统安全性应该设计得确保即使攻击者知道系统的所有信息（除了密钥），系统仍然是安全的。为了提高安全性，最常见的保密方式是代码。有些人甚至使用晦涩难懂/不常见的加密算法，这样攻击者就无法知道数据的加密方式。事实上，项目的代码并非秘密，因为团队中的每个程序员都掌握着它。因此，如果系统的安全性依赖于代码的保密性，那么你可能会赋予太多人过多的权力。

正确的做法是将密钥保密，只有少数值得信赖的员工才能访问（理想情况下，他们无法读取或复制密钥，只能使用），这也是系统安全唯一可依赖的秘密。黑客向公司员工提供金钱以换取信息或访问权限的情况并不少见。

3. 不要自行开发加密货币

这可能是密码学中最著名的规则了。它的基本含义是，你永远不应该自己编写加密算法，甚至不应该为你的项目定制新的加密算法。发明自己的密码学就像制造自己的飞机引擎。飞机引擎经历了漫长的测试过程，也经历了起起伏伏（呵呵）。同样，密码学算法也经受住了多年的考验。即使是密码学专家创建的算法，也需要经过严格的审查，经过多年的考验，才能被使用和信任。

这也适用于同一算法的不同实现。即使你在网上读过 RSA 的相关知识，并且理解其背后的数学原理，也并不意味着你的实现是安全的。流行的加密库（例如 openSSL）也经历了时间的考验，不断演进和更新，解决了所有可能存在的漏洞，其中许多漏洞你在自己实现算法时可能从未想过。即使一个算法在理论上是安全的，你实现它的方式也可能泄露一些信息。这些信息泄露可用于我们所说的侧信道攻击，这种攻击不涉及算法的理论安全性，而是涉及执行操作所需的时间，甚至是计算机发出的声音以及它所消耗的能量。

程序员在实现加密代码时，需要使用安全且最新的库（并保持更新），并为相应的算法提供正确的参数。在接下来的文章中，我们将讨论“正确的参数”究竟意味着什么。我们将看到，即使使用安全算法的安全实现，如果我们不了解自己在做什么，仍然可能犯错。上述研究检查的 26 条规则中，大多数都涉及向加密库传递不安全的参数以及使用过时的算法。

让我们学习如何避免这种情况！