关于混合加密（AES+RSA）

关于混合加密（AES+RSA）

1、裸奔的网络请求

应用程序或系统在进行网络通信（如 HTTP/HTTPS 请求、API 调用）时，直接以明文（未加密）的形式发送和接收敏感数据。
这时我们传输的任何数据被抓包工具轻松获取。即使在测试环境，也可能丢失重要信息和敏感信息。
例如，测试数据中混入了自己的电话号码，姓名，常用的街道地址，公司地址等。
生产环境如果不加密请求和响应数据，将会对信息系统造成不可挽回的损失：

• 1、窃听 (Sniffing/Eavesdropping): 攻击者位于同一网络（如公共 Wi-Fi）或网络路径上，使用抓包工具（如 Wireshark）可以轻易捕获所有明文传输的数据。
• 2、中间人攻击 (MITM): 攻击者插入到通信双方之间，不仅能窃听，还能篡改请求或响应内容（如将收款账号改成攻击者的），甚至冒充服务器或客户端。
• 3、数据泄露： 服务器或数据库如果存储了这些明文数据，一旦被入侵，所有用户信息将完全暴露。
• 4、不符合合规要求： 几乎所有数据隐私法规（如 GDPR, CCPA, HIPAA）都要求对敏感数据进行加密传输和存储。

2、对称加密，非对称加密的特点

特性	对称加密 (如 AES, DES, 3DES, ChaCha20)	非对称加密 (如 RSA, ECC, ElGamal)
密钥数量	单密钥：加密和解密使用同一个密钥。	密钥对：使用公钥和私钥组成的密钥对。
密钥分发	困难且风险高：安全地将密钥传递给通信双方是主要挑战。	相对简单：公钥可以公开分发（如通过证书），私钥严格保密。
速度	非常快：算法设计高效，适合加密大量数据。	相对慢：算法涉及复杂数学运算（大数分解、离散对数等），比对称加密慢几个数量级。
主要用途	加密大量数据（文件、消息体、数据库内容、通信流）。	安全交换对称密钥、数字签名、身份认证。
算法示例	AES-128, AES-256, ChaCha20-Poly1305	RSA (2048/4096位), ECC (secp256k1, Curve25519)
优点	速度快，效率高，适合大数据块。	解决了安全密钥分发问题，支持数字签名和身份认证。
缺点	密钥分发困难，管理大量密钥复杂，缺乏原生认证/签名功能。	速度慢，不适合直接加密大量数据。

只使用对称加密：由于只使用一个密钥加密，只要加密密钥在客户端或者服务端任何一处泄露，黑客都可以轻松获取服务器和客户端的所有请求明文。
只使用非对称加密：加密效率太低，影响系统性能。

3、混合加密

混合加密技术巧妙地结合了对称加密和非对称加密的优点，克服了各自的缺点，成为现代安全通信（如 HTTPS/TLS, PGP/GPG）的核心机制。

3.1 核心思想

用对称加密（AES）保护数据本身： 利用其速度快、效率高的优势加密实际要传输的大量数据（消息体、文件）。
用非对称加密（RSA）保护对称密钥： 利用其安全的密钥分发能力，将用于对称加密的那个临时密钥（会话密钥） 安全地传递给接收方。

3.2 详细流程（以客户端发送加密数据给服务器为例）

1、生成临时对称密钥： 发送方（客户端）随机生成一个对称密钥（称为会话密钥或数据加密密钥 - DEK）。这个密钥是临时的，通常仅用于本次通信会话或单个文件。
2、对称加密数据： 发送方使用这个会话密钥 (AES Key) 和强大的对称加密算法（如 AES-256）加密要发送的实际数据（明文），得到密文数据。
3、获取接收方公钥： 发送方获取接收方（服务器）的公钥。这通常通过受信任的渠道完成，例如服务器的数字证书（在 HTTPS 握手过程中获取）。
4、非对称加密会话密钥： 发送方使用接收方的公钥 (RSA Public Key) 对第一步生成的会话密钥 (AES Key) 进行加密，得到加密的会话密钥。
5、发送组合数据： 发送方将加密的会话密钥和密文数据一起发送给接收方。
6、接收方解密会话密钥： 接收方收到数据包后，用自己的私钥 (RSA Private Key) 解密收到的加密的会话密钥，还原出原始的会话密钥 (AES Key)。只有拥有对应私钥的接收方才能完成这一步。
7、接收方解密数据： 接收方使用还原出来的会话密钥 (AES Key) 和对称加密算法（如 AES-256）解密收到的密文数据，得到原始的明文数据。

+-----------------+          +-----------------+
|    发送方        |          |    接收方        |
| (例如: 客户端)   |          | (例如: 服务器)   |
+-----------------+          +-----------------+
         |                              |
         | 1. 随机生成 AES 会话密钥       |
         |----------------------------->
         |                              |
         | 2. 用 AES Key 加密数据        |
         |     (明文数据 -> 密文数据)      |
         |                              |
         | 3. 获取接收方公钥 (RSA Pub)    |
         |                              |
         | 4. 用 RSA Pub 加密 AES Key    |
         |     (AES Key -> 加密的AES Key) |
         |                              |
         | 5. 发送 [加密的AES Key] +      |
         |     [密文数据]               |
         |----------------------------->|
         |                              | 6. 用 RSA 私钥解密
         |                              |     [加密的AES Key] -> AES Key
         |                              |
         |                              | 7. 用 AES Key 解密
         |                              |     [密文数据] -> 明文数据
         |                              |
+-----------------+          +-----------------+

3.3 混合加密的优势

结合优点：
利用了对称加密的速度（加密数据块）。
利用了非对称加密的安全密钥分发（传递会话密钥）。
解决关键问题： 完美解决了对称加密中密钥安全分发的难题。
高效安全： 即使需要传输海量数据，也能在保证安全性的前提下维持高效性能。
前向保密 (Perfect Forward Secrecy - PFS) 的基础： 混合加密是实现 PFS 的关键。每次会话使用唯一、临时的 AES 会话密钥，即使服务器的长期 RSA 私钥在未来被泄露，也无法解密过去捕获的通信记录（因为每次用的 AES Key 不同且未存储）。现代 TLS 通常使用 ECDHE（基于 ECC 的临时密钥交换）结合 RSA 签名来协商 AES 会话密钥，实现 PFS。
广泛应用： HTTPS (TLS/SSL)、SSH、PGP/GPG 文件加密、安全消息应用等。

3.4 原理总结

混合加密（AES + RSA）是一种优雅且强大的安全实践。它让快速高效的对称加密（AES）负责繁重的数据加密工作，而让专长于安全密钥管理和身份认证的非对称加密（RSA）负责安全地传递那个关键的对称密钥。这种分工协作的方式，使得在开放的互联网上安全、高效地传输大量数据成为可能，是构建现代网络安全通信的基石。它相当于给数据本身加了一把牢固的锁（AES），然后把这把锁的钥匙（AES Key）用一个特制的保险箱（RSA公钥加密）安全地寄给对方，只有对方有打开保险箱的密码（RSA私钥）。

4.4 后端实现

以 Express 服务端为例：

4.1 密钥的生成

AES对称密钥可以在代码运行时生成，其实就是一个128位或者256位的字符串。
RSA 加密的公钥和密钥需要借助SSL工具生成。 一般使用openssl即可。
你可以使用 openssl 工具在本地生成 RSA 密钥对（公钥和私钥），步骤如下：

1. 生成私钥（private key）

openssl genpkey -algorithm RSA -out private.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

2. 生成公钥（public key）

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

3. 查看和复制密钥内容
   用文本编辑器打开 private.pem 和 public.pem，将内容分别粘贴到你的 加密工具类文件对应位置（注意保留头尾的 -----BEGIN ... KEY----- 和 -----END ... KEY-----）。
4. 安全建议
   私钥（private.pem）只保存在服务器端，切勿泄露。
   公钥（public.pem）可以安全地分发给前端或其他需要加密数据的客户端。

4.2 密钥不建议直接写在源代码中，更安全的存储和管理方式有：

1、环境变量（Environment Variables）
将密钥内容存储在环境变量中，代码中通过 process.env 读取。例如：

const RSA_PRIVATE_KEY = process.env.RSA_PRIVATE_KEY;

2、启动服务时通过 .env 文件或 shell 传递密钥。

const fs = require('fs');
const RSA_PRIVATE_KEY = fs.readFileSync('/path/to/private.pem', 'utf8');

3、配置文件（Config Files）
将密钥单独存放在配置文件（如 private.pem），代码运行时读取文件内容：
配置文件权限应严格限制，仅服务进程可读。

4、密钥管理服务（KMS）
使用云服务（如 AWS KMS、阿里云 KMS、Azure Key Vault）集中管理密钥，应用启动时动态获取密钥。

5、操作系统安全存储
如 macOS Keychain、Windows Credential Manager、Linux Secret Service 等。

6、容器/编排平台的密钥管理
如 Docker secrets、Kubernetes secrets，将密钥挂载为只读文件或环境变量。

推荐做法：
开发环境可用 .env 文件，生产环境建议用配置文件+权限控制或 KMS，不要将密钥提交到代码仓库。

5、关于第三方工具测试请求的方法

5.1 模拟请求流程

你可以用 Postman 模拟加密接口，流程如下：
步骤一：准备密钥
从 public.pem 复制公钥内容。
步骤二：生成随机 AES 密钥
用 Node.js 脚本生成 32 字节 AES 密钥（如：crypto.randomBytes(32)）。
步骤三：用 AES 密钥加密请求数据
用 AES-256-CBC 加密你的 JSON 数据，生成 iv 和 data。
步骤四：用公钥加密 AES 密钥
用 RSA 公钥加密上一步生成的 AES 密钥，得到 encryptedKey。
步骤五：构造 Postman 请求
请求体（JSON 格式）如下：

{
  "encryptedKey": "（RSA加密后的AES密钥，base64字符串）",
  "encryptedData": {
    "iv": "（AES加密用的iv，base64字符串）",
    "data": "（AES加密后的数据，base64字符串）"
  }
}

步骤六：发送请求
Content-Type 设为 application/json，直接发送即可。

5.2 生成postman 请求体的脚本

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

const publicKey = fs.readFileSync('./src/keys/public.pem', 'utf8');
const data = JSON.stringify({ username: 'test', password: '123456' });

// 1. 生成随机AES密钥
const aesKey = crypto.randomBytes(32);

// 2. AES加密数据
const iv = crypto.randomBytes(16);
const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-cbc', aesKey, iv);
let encrypted = cipher.update(data, 'utf8', 'base64');
encrypted += cipher.final('base64');

// 3. 用公钥加密AES密钥
const encryptedKey = crypto.publicEncrypt(
  { key: publicKey, padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PADDING },
  aesKey
).toString('base64');

// 4. 打印Postman请求体
console.log(JSON.stringify({
  encryptedKey,
  encryptedData: {
    iv: iv.toString('base64'),
    data: encrypted
  }
}, null, 2));