在创建 opal 网站时,我们所面临的挑战,是寻找在浏览器中加密解密的可靠方法。
这篇文章描述了浏览器端加密所面临的难题,并指出了近期的科技进步所提供的一种解决方案。
在 web 应用中加密的三种选择
只有 javascript 才是所有浏览器都支持的语言。与 opal 同类的 web 应用使用 javascript 编写,以便于在任何现代浏览器上运作。如果这些应用要使用加密函数,那么 javascript 必须能够访问到它们。
目前,要把加密函数暴露给浏览器的 javascript,只有三个选项:
1、使用插件加密
插件是指运行在浏览器中,可以由 javascript 调用的,编译过的代码。
比如,java 和 flash 中存在的加密库。这样的做法通常性能很高,但是需要用户安装浏览器插件程序,而这,也是人们不愿意,或者完成不了的部分(如果他们使用的是公用电脑)。
另外一个选项是使用 chrome 浏览器的 nacl 客户端(native client) 程序,它允许运行由 c 或者 c++ 编译出的机器代码。同样,这种做法的性能很高,但是nacl客户端程序只能用于 chrome 浏览器。
即使这些插件和nacl客户端程序在速度上有优势,但是因为他们需要用户使用特殊插件,或者使用特定浏览器,因此这种做法的可移植性不是很好。
2、使用 web 加密 api
即将出现的 web 加密 api 会给 javascript 提供原生的基本加密接口,让 web 应用可以更快地加密解密。但是,这项接口仍在草案阶段,主流浏览器要采用这项技术还很长的一段时间。而现在,能在多数浏览器中使用的,只有crypto.getrandomvalues()函数。
在 web 加密 api 广泛应用之前,这并不是一项切实可行的浏览器端加密方案。
3、直接用 javascript 加密
这种方案的优点就在于高度的可移植性。所有的浏览器都可以执行 javascript,也就意味着所有的浏览器都可以调用 javascript 写成的加密库。
在 javascript 中加密主要有两项缺陷:安全性和速度。我们会轮流谈到这两项缺陷。
javascript 加密可以变得安全
有文章声称“javascript 加密是有害的”,并且列出了许多证据支持这一论述。
文中的某些观点现在不再准确了。例如,这篇文章说,math.random()函数不是随机数的良好来源,所以不可能得到足够的随机数用来加密。math.random() 函数的确不是随机数的良好来源。在现代浏览器已经提供了 crypto.getrandomvalues()函数以取得足够数量的随机数。
这个帖子中有相当多的案例证明 javascript 加密是个坏主意,但这种做法也它的意义。
这条回答有利地驳斥了第一个帖子中的许多观点,同时也指出了 javascript 加密的两个有效用例:端对端的信息加密(也就是对主机访问做出防护的应用)以及安全的远程密码认证。这些正好是 opal 加密的使用场景,所以我们使用 javascript 加密是非常自然的。
javascript 加密可以很快
直到最近,javascript 在进行安全加密所要用到的复杂计算时都很慢。这直接导致了许多应用程序需要依赖于插件所提供的加密功能,这样的做法可移植性差,同时也会让用户厌烦。
幸运的是,javascript 近年来的性能有极大提升,所以完全使用 javascript 进行加密操作是可行的。现在有许多 javascript 加密库可供选择(链接1,链接2,链接3,链接4,链接5,链接6,链接7,链接8,链接9)。
于是就变成了选哪一个库的问题。
nacl,一个可以信赖的 c 语言加密库
nacl (读作 “salt”) 是一个 c 语言的库,提供对称式密钥加密解密和公钥签名认证的应用函数。它由密码学人士编写,在加密社区广为人知,受到信赖。问题之一是 nacl 是 c 语言,而不是 javascript 编写的。
js-nacl:将 nacl 编译成 javascript
幸运的是,我们能把 nacl 编译成 llvm 的字节码,然后用 emscripten 将这些字节码编译成 javascript。并且,llvm 编译器能在编译时作许多优化,所以得到的 javascript 代码也会得到优化。因此我们可以将 nacl 库编译成 javascript,作好在浏览器中运行的准备!
js-nacl 项目正是: 编译成 javascript 的 nacl 加密库。
asm.js 的速度很快!
更好的是,emscripten 编译出的代码是 javascript 的子集,也叫做 asm.js。你可以将 asm.js 当作很像 javascript 的汇编语言。浏览器遇到了 asm.js 的代码块时,会将其编译成高效的机器码,运行速度接近原生代码。
目前主要只有 firefox 浏览器支持 asm.js 的优化。这就使 js-nacl 在 firefox 中的加密解密非常迅速,视具体操作的不同,比 chrome 浏览器的速度快 2 至 8 倍。但是即使是 chrome,js-nacl 也很快,超过了我们所测试的其他所有加密库。
nacl 这样备受信赖的加密库和现代浏览器的快速执行,使像 opal 这样的 web 应用都应当使用 js-nacl 库。
同样的原因下,opal 使用了由 emscripten 编译出的 asm.js 版 scrypt 库来扩展密钥(正在这篇文章中启用)。你可以看到由项目维护者提供的 js-nacl 和 js-scrypt 性能的对比。我们同时也给 js-nacl 作了 jsperf 测试,以了解各个不同浏览器版本的性能差异,你也可以随意尝试。