PHP的openssl加密扩展使用小结

引言

互联网的发展史上,安全性一直是开发者们相当重视的一个主题,为了实现数据传输安全,我们需要保证:数据来源(非伪造请求)、数据完整性(没有被人修改过)、数据私密性(密文,无法直接读取)等。虽然现在已经有SSL/TLS协议实现的HTTPS协议,但是因在客户端上依赖浏览器的正确实现,而且效率又很低,所以一般的敏感数据(如交易支付信息等)还是需要我们使用加密方法来手动加密。

虽然对于一般的WEB开发人员来说,大可不必深入了解一些安全相关的底层技术,但学习加密基础知识,使用现有加密相关工具却十分必要。由于工作需要,自己看了些加密相关文章,结合自己的使用经历,完成此文。

加密基础

学习如何使用加密之前,我们需要了解一些加密相关的基础知识。

加密算法一般分为两种:对称加密算法和非对称加密算法。

对称加密

对称加密算法是消息发送者和接收者使用同一个密匙,发送者使用密匙加密了文件,接收者使用同样的密匙解密,获取信息。常见的对称加密算法有:des/aes/3des.

对称加密算法的特点有:速度快,加密前后文件大小变化不大,但是密匙的保管是个大问题,因为消息发送方和接收方任意一方的密匙丢失,都会导致信息传输变得不安全。

非对称加密

与对称加密相对的是非对称加密,非对称加密的核心思想是使用一对相对的密匙,分为公匙和私匙,私匙自己安全保存,而将公匙公开。公钥与私钥是一对,如果用公钥对数据进行加密,只有用对应的私钥才能解密;如果用私钥对数据进行加密,那么只有用对应的公钥才能解密。发送数据前只需要使用接收方的公匙加密就行了。常见的非对称加密算法有RSA/DSA:

非对称加密虽然没有密匙保存问题,但其计算量大,加密速度很慢,有时候我们还需要对大块数据进行分块加密。

数字签名

为了保证数据的完整性,还需要通过散列函数计算得到一个散列值,这个散列值被称为数字签名。其特点有:

  • 无论原始数据是多大,结果的长度相同的;
  • 输入一样,输出也相同;
  • 对输入的微小改变,会使结果产生很大的变化;
  • 加密过程不可逆,无法通过散列值得到原来的数据;

常见的数字签名算法有md5,hash1等算法。

PHP的openssl扩展

openssl扩展使用openssl加密扩展包,封装了多个用于加密解密相关的PHP函数,极大地方便了对数据的加密解密。 常用的函数有:

对称加密相关:

string openssl_encrypt ( string $data , string $method , string $password)

其中$data为其要加密的数据,$method是加密要使用的方法,$password是要使用的密匙,函数返回加密后的数据;

其中$method列表可以使用openssl_get_cipher_methods()来获取,我们选取其中一个使用,$method列表形如:

Array(
    0 => aes-128-cbc,   // aes加密
    1 => des-ecb,       // des加密
    2 => des-ede3,      // 3des加密
    ...
    )

其解密函数为 string openssl_encrypt ( string $data , string $method , string $password)

非对称加密相关:

openssl_get_publickey();openssl_pkey_get_public();      // 从证书导出公匙;
openssl_get_privatekey();openssl_pkey_get_private();    // 从证书导出私匙;

它们都只需要传入证书文件(一般是.pem文件);

openssl_public_encrypt(string $data , string &$crypted , mixed $key [, int $padding = OPENSSL\_PKCS1\_PADDING ] )

使用公匙加密数据,其中$data是要加密的数据;$crypted是一个引用变量,加密后的数据会被放入这个变量中;$key是要传入的公匙数据;由于被加密数据分组时,有可能不会正好为加密位数bit的整数倍,所以需要$padding(填充补齐),$padding的可选项有 OPENSSL_PKCS1_PADDING, OPENSSL_NO_PADDING,分别为PKCS1填充,或不使用填充;

与此方法相对的还有(传入参数一致):

openssl_private_encrypt();  // 使用私匙加密;
openssl_private_decrypt();  // 使用私匙解密;
openssl_public_decrypt();  // 使用公匙解密;

还有签名和验签函数:

bool openssl_sign ( string $data , string &$signature , mixed $priv_key_id [, mixed $signature_alg = OPENSSL_ALGO_SHA1 ] )
int openssl_verify ( string $data , string $signature , mixed $pub_key_id [, mixed $signature_alg = OPENSSL_ALGO_SHA1 ] )

签名函数:$data为要签名的数据;$signature为签名结果的引用变量;$priv_key_id为签名所使用的私匙;$signature_alg为签名要使用的算法,其算法列表可以使用openssl_get_md_methods ()得到,形如:

array(
    0 => MD5,
    1 => SHA1,
    2 => SHA256,
    ...
)

验签函数:与签名函数相对,只不过它要传入与私匙对应的公匙;其结果为签名验证结果,1为成功,0为失败,-1则表示错误;

加密实例

以下是一个非对称加密使用的小例子:

// 获取公匙
$pub_key = openssl_get_publickey('test.pem');

$encrypted = '';
// 对数据分块加密
for ($offset = 0, $length = strlen($raw_msg); $offset < $length; $offset += $key_size){    
    $encryptedBlock = '';
    $data = substr($raw_msg, $offset, $key_size)
    if (!openssl_public_encrypt($data, $encryptedBlock, $pub_key, OPENSSL_PKCS1_PADDING)){
       return '';
    } else {
        $encrypted .= $encryptedBlock;
 }
 return $encrypted;

而对称加密就非常简单了,直接使用ssl_encrypt()函数即可;

当然一些接口可能会对加密方法进行不同的要求,如不同的padding,加密块大小等等,这些就需要使用者自己调整了。

因为我们是在HTTP协议之上处理的数据,所以数据加密完成后,就可以直接发送了,不用再考虑底层的传输,使用cURL或SOAP扩展方法,就可以直接请求接口啦。

结语

密码学是一个十分高深的学科,它理论艰深,概念繁多,作为一个WEB开发人员,虽然不需要我们去研究其底层实现,但是学会使用封装好的方法很有利于我们开发。甚至了解其基本实现,也可以触类旁通,对算法等有新的理解。

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