你开发的聊天软件消息加密了吗

一些成熟的 IM 服务消息传输都是经过加密进行传输的，本文主要实现客户端和服务端的消息加解密实现思路

2023年6月12日技术 1 分钟阅读

最近发现一些成熟的 IM 服务消息传输都是经过加密进行传输的，所以使用 RSA 加密对此进行一次尝试

RSA 是一种非对称加密算法，它由三位密码学家 Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 在 1977 年共同提出，以他们姓氏的首字母命名。RSA 算法是目前广泛使用的加密算法之一。 RSA 算法基于两个数学问题的难解性：大素数分解和求模幂运算的逆运算。它的核心思想是使用一对相关的密钥，一个公钥和一个私钥，其中公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。公钥可以自由发布给任何人，而私钥则必须保密。

RSA 算法的安全性基于大数分解的困难性。目前没有已知的有效算法可以在合理的时间内分解大的复合数，所以 RSA 算法在实际应用中被广泛用于数据加密、数字签名和密钥交换等领域。

本文使用 vite-vue，以及 node 的 koa 开发
本文使用 RSA 对数据进行加密
本文 web 端使用jsencrypt生成公钥和私钥，后端使用node-rsa生成

    npm init
    pnpm i koa
    pnpm i ts-node-dev

创建 index.ts
编写 server 测试

const Koa = require('koa');
const app = new Koa();

app.use(async (ctx) => {
  ctx.body = 'Hello World';
});

app.listen(3000);

    pnpm create vite
    pnpm install --save-dev @arco-design/web-vue

创建密钥

import JSEncrypt from 'jsencrypt';

export const initConfigRSA = async () => {
  const crypt = new JSEncrypt();
  crypt.getKey();
  const privateKey = crypt.getPrivateKey();
  const publicKey = crypt.getPublicKey();
  return { privateKey, publicKey };
};

加密数据

// 将字符串按照指定长度分割成数组
const splitString = (str: string, leng = 10) => {
  const list = [];
  let index = 0;
  while (index < str.length) {
    list.push(str.slice(index, (index += leng)));
  }
  return list;
};

export const encryption = (options: Object, key: string) => {
  //先将发往服务端的数据转成字符串
  const str = JSON.stringify(options);
  const encrypt = new JSEncrypt();
  //设置加密使用的公钥
  encrypt.setPublicKey(key);
  let data = '';
  //由于加密的数据长度不能超过密钥的长度，所以我们要对加密的数据进行分段加密
  const list = splitString(str);
  for (const iterator of list) {
    const res = encrypt.encrypt(iterator);
    console.log(res);
    if (res) {
      data = data + res;
    }
  }
  console.log(data);
  //将字符串数据
  const encoder = new TextEncoder();
  const res = encoder.encode(data);
  return res;
};

解密数据

export const decryption = (str: string, key: string) => {
  const encrypt = new JSEncrypt();
  encrypt.setPrivateKey(key);
  let data = '';
  const list = str.split('=');
  for (const iterator of list) {
    const res = encrypt.decrypt(iterator);
    if (res) {
      data = data + res;
    }
  }
  return data || '';
};

实现效果

创建密钥

import NodeRSA from 'node-rsa';

export const initConfigRSA = () => {
  const key = new NodeRSA({ b: 1024 });
  //此处使用`pkcs1`的原因是因为jsencrypt是使用pkcs1标准生成密钥的
  key.setOptions({ encryptionScheme: 'pkcs1' });
  const privateKey = key.exportKey('pkcs8-private-pem');
  const publicKey = key.exportKey('pkcs8-public-pem');
  return { privateKey, publicKey };
};

加密数据

和客户端一样的逻辑

const splitString = (str: string, leng = 10) => {
  const list: string[] = [];
  let index = 0;
  while (index < str.length) {
    list.push(str.slice(index, (index += leng)));
  }
  return list;
};

export const encryption = (options: Object, key: string) => {
  const str = JSON.stringify(options);
  const encrypt = new NodeRSA(key, 'pkcs8-public-pem');
  encrypt.setOptions({ encryptionScheme: 'pkcs1' });
  let data = '';
  const list = splitString(str);
  for (const iterator of list) {
    const res = encrypt.encrypt(iterator, 'base64');
    console.log(res);
    if (res) {
      data = data + res;
    }
  }
  return data || '';
};

解密数据

export const decryption = (str: string, key: string) => {
  const encrypt = new NodeRSA(key, 'pkcs8-private-pem');
  encrypt.setOptions({ encryptionScheme: 'pkcs1' });
  let data = '';
  const list = str.split('=');
  for (const iterator of list) {
    const res = encrypt.decrypt(iterator + '=', 'utf8');
    if (res) {
      data = data + res;
    }
  }
  if (data) {
    return JSON.parse(data);
  }
  return '';
};

实现效果

import http from 'http';
import Koa from 'koa';
import chalk from 'chalk';
import WebSocket from 'ws';
import { initConfigRSA } from './configRSA';
const app = new Koa();
const useKeys = initConfigRSA();
console.log(useKeys);
let users: Map<number, { username: string; publicKey: string }> = new Map();
const server = http.createServer(app.callback());
const ws = new WebSocket.Server({
  server,
});
server.listen(3000);
console.log('[' + chalk.green('http') + ']', 'http://127.0.0.1:3000');

// 监听到客户端连接事件后将服务的公钥发往客户端
ws.on('connection', (client) => {
  console.log('客户端已连接');
});

在客户端连接成功后将服务端公钥发送到客户端，后续中客户端发往服务端的数据将使用此公钥加密

client.send(Buffer.from(JSON.stringify({ type: 'server', data: { server: useKeys.publicKey } })));

效果如下

客户端

const msg = encryption(data, serverPublicKey.value);
client.send(msg);

服务端

const message: { type: string; data: any } = decryption(req.toString('utf8'), useKeys.privateKey);

效果如下

服务端

// 获取用户信息
const user = users.get(client.userId);
// 通过用户的公钥加密
const data = encryption(message, user!.publicKey);

客户端

//先将buffer解码
const decoder = new TextDecoder();
const data = decoder.decode(res);
//通过自己的私钥解密服务端发来的数据
const message = JSON.parse(decryption(data, useKeys.privateKey!));

3.效果如下

TextEncoder https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/TextEncoder#Polyfill
jsencrypt 和 node-rsa 实现参考 https://stackoverflow.com/questions/72209096/getting-the-same-result-from-two-packages-jsencrypt-and-node-rsa https://stackoverflow.com/questions/33837617/node-rsa-errors-when-trying-to-decrypt-message-with-private-key