探讨HTTP中敏感数据的安全性传输方案

Posted 2021-03-03 aimmiao

通用信息

文档介绍：本文档是为了探讨提高http中的敏感数据如密码等的安全性传输方案。

修订历史：1.0

方案探讨

方案1：应用Base64

方案介绍：发送端在发送敏感数据之前，先用Base64对其进行编码，再将编码后的值传输给接收端。收端接收到该值后，用Base64对其进行解码，便可读到敏感数据的内容。

 

优点：Base64算法复杂度低，所以计算效率会比较高，编码后的长度增加也较少。

 

缺点：为了保证Webpage端的javascript和Webserver端的c代码能够互相编码和解码，就要求Base64的编码和解码接口函数分别在JavaScript和C代码中实现。但是Webpage中的JavaScript是完全透明的，而且Base64中没有key的概念，只要窃听者获取到了传输过程中的密文数据，再调用JavaScript中的Base64解码函数，便能轻易得到原来的明文数据了。所以Base64的最大缺点就是安全性极低。

 

Base64编码解码原理图

 

Base64编码解码用的转换表

 

备注： Base64原理图来源于https://www.cnblogs.com/qianjinyan/p/9541368.html

 

方案2：应用HTTPs

介绍：在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性。

 

优点：HTTPs协议对整个应用层的数据都采用了可靠性高的加密算法，使应用层的所有数据的传输都得到安全性的提升。

 

缺点：

1：HTTPs协议用到的ca证书免费的很少，自制的ca证书又会带来新的安全性问题。

2：HTTPs传输应用层数据之前不仅需要TCP三次握手，还要交换浏览器和服务器端的key等信息，增加了网络延时，使页面的加载时间延长。

3：HTTPs中应用了大量的加密算法、证书签名等，这些算法的复杂度都很高，会加重服务器和浏览器的计算负担，占用服务器的CPU资源，进一步增加了网络延时。

 

方案3：应用混合密码技术

为了同时获得方案1和方案2的优点并克服它们各自的缺点，可以采用混合密码技术，即：用对称加密算法提升加密/解密的速度，用非对称算法来传输对称加密算法用的key。在介绍混合密码技术之前，需要先了解AES256和RSA。

对称加密算法-AES256

 

算法AES256属于对称加密算法，其加密密钥和解密密钥是完全相同的，在使用AES256时，使用者需提供一个64位的key，如果采用CBC分组模式，则还需要另外提供一个32位的IV。 

使用openssl中的AES256的命令举例：

openssl enc -aes-256-cbc -e -K 5e884898da28047151d0e56f8dc62927 -iv 6bbda7892ad344e06c31e64564a69a9a -in plainIn.txt -out cipherOu1t.txt

openssl enc -aes-256-cbc -d -K 5e884898da28047151d0e56f8dc62927 -iv 6bbda7892ad344e06c31e64564a69a9a -in cipherIn.txt -out plianOut.txt

参数名	参数解释
enc	后面跟加/解密算法的名字
-e	表示加密
-d	表示解密
-K	后跟64位的key，加密密钥用十六进制形式的字符串表示
-iv	后跟32位的iv，初始向量用十六进制形式的字符串表示
-in	输入文件名，存储待加密(-e)的明文数据或者待解密(-d)的密文数据
-out	输出文件名，保存输出结果。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

算法分析：AES256全称是Advanced Encryption Standard 256，是公认的比较安全的加密算法，它的计算效率比Base64稍低，但远高于HTTPs。使用AES256的难点在于如何实现AES256用到的key的安全传输，为了能安全传输key，可以应用非对称加密算法RSA来传输AES256用到的key。

 

非对称加密算法-RSA

 

 

 算法RSA属于非对称加密算法，加密密钥和解密密钥是不相同的，在使用RSA时，使用者需提供一个供RSA加密用的公钥和一个RSA解密用的私钥， 公钥和私钥是成对的，一般私钥长度有512位、1024位和2048位，位数约高，算法的时间复杂度就越高，公钥是从私钥中提取来的，公钥的长度一般低于私钥的长度，也就是说从私钥中可以提取出公钥，但是得到公钥后却不能反推出私钥。公钥作为加密密钥，私有作为解密密钥。

使用openssl中的RSA的命令如下：

openssl genrsa -out private.key 512

openssl rsa -pubout -in private.key -out public.key

openssl rsautl -encrypt -inkey public.key -pubin -out cipherOut.txt -in plainIn.txt

openssl rsautl -decrypt -inkey private.key  -out plianOut.txt -in cipherIn.txt

参数名	参数解释
genrsa	生成RSA私钥文件
-out	输出文件名
512	指定私钥文件的长度为512位，也可以位1024或2048
rsa	从私钥文件中提取公钥
-pubout	表明将从”-in filename”的filename中提取公钥，所以filename应为私钥文件
-pubin	表明将从”-in filename”的filename中读取公钥，所以filename应为公钥文件
-in	输入文件名
-rsautl	使用RSA算法加密/解密数据
-encrypt	表示加密，此时”-inkey file”中的file应该是公钥文件
-decrypt	表示解密，此时”-inkey file”中的file应该是私钥文件

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

算法分析： RSA算法的安全性与其私钥的位数有关，位数越高，安全性越高，但RSA算法加密后的密文长度较长，故传输的数据量较大时，不适合使用RSA算法。RSA算法适合用于少量的数据加密。RSA算法最经典的应用场景是用于配送对称加密算法的key。

 

混合密码技术

混合密码技术同时应用了AES256和RSA，用AES256来保护敏感数据，用RSA来保护AES256中的key，将混合密码技术应用于HTTP中的敏感数据传输，其原理图如下：

 

 

 

小结

从下面的比较表格可知，Base64不适合敏感数据的传输，RSA加密后的密文长度过长不利于HTTP数据的高效传输。所以，推荐采用方案3来传输HTTP中的敏感数据: 即用RSA传输需要保护的AES256的key，用AES256来加密/解密敏感数据。

算法名称	算法特性	应用场景
Base64	计算负荷极小； 密文长度比明文略大； 不安全；	用于特殊数据如xml、图片等的传输；
HTTPs	计算量大，占用CPU资源； 交互次数较多，增加网络延时；	用于重要的、大型的公告服务网站；
AES256	计算负荷稍大； 密文长度比明文略大； 比较安全；	用于敏感数据的传输；
RSA	计算负荷极大； 密文长度比明文大很多； 比较安全；	用于简短的敏感数据的传输；

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考资料

1. 图解密码技术 [日]结城浩 著 周自恒 译