安全地在前后端之间传输数据 - 「3」真的安全吗？

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在「2」注册和登录示例中，我们通过非对称加密算法实现了浏览器和 Web 服务器之间的安全传输。看起来一切都很美好，但是危险就在哪里，有些人发现了，有些人嗅到了，更多人却浑然不知。就像是给门上了把好锁，还派了个人盯着，却没发现坏人已经从窗户潜进去了。

废话少说，先公布答案：不安全！

如果想要安全，目前最优解仍然是使用 HTTPS！

为什么不安全

不过为什么不安全呢？请思考一个问题：数据加密是基于服务器送过来的公钥，但是这个公钥确实是服务器发出来的那一个吗？

基于 HTTP 的传输是明文的，而且浏览器和服务器之间要经过若干网络节点（路由等），谁知道公钥在传输的过程中没有被掉包！

如果公钥被掉包了，服务器知道吗，它还能用原来的私钥把数据解出来吗？

带着这些个疑问，来看一张图：

在浏览器和服务器的传输过程中，黑客可以劫持服务器发放的公钥，并用自己产生的假公钥替换之，狸猫换太子。而后加密数据的传输过程中，黑客可以用自己的私钥解密（因为是用他发的假公钥加的密），并用正确的公钥加密送给服务器。这样就在浏览器和服务器都感知不到的情况下，把数据给偷走了。这种行为，称为中间人劫持攻击，上图的黑客就是那个中间人。

模拟中间人劫持

真实的中间人劫持过程也不是很简单的事情，不过我们想研究这个过程的话，可以模拟。

如果有两台计算机，可以用一台部署服务，另一台部署模拟的中间人。然后假设 DNS 被劫持（可以在路由器或客户机上配置 HOSTS），本来应该发送到服务器的请求，发送到中间人那里去了。而中间人就像代理服务器一样，在浏览器和服务器之间传递信息。

在一台计算机的情况下，可以将正确的服务启动在 80 端口，而将模拟的中间人服务启动在 3000 端口，然后访问 http://localhost:3000 来假装被劫持。

创造一个中间人

我们用 Node.js 来模拟中间人，使用 koa-better-http-proxy 搭建反向代理，同时劫持 GET /api/public-key（获取公钥）、POST /api/user（注册） 和 POST /api/user/login（登录）三个 API。劫持「获取公钥」和「注册」两个接口就可以拿到用户的密码，但是在劫持「获取公钥」并替换掉公钥之后，必须要对所有加密数据进行「解密-重新加密」的处理，不然服务器不能获取正确的加密数据（浏览器使用中间人的证书加密的数据，服务端没有配对的私钥，解不出来）。

搭建一个叫 intermediator-demo 的 Node.js 项目，主要的模块有：

• koa，Web 框架
• koa-better-http-proxy，Koa 的反向代理中间件
• qs，主要用来处理 POST 请求的 payload

主要项目结构：

INTERMEDIATOR-DEMO
 ├── server             // 服务端业务逻辑
 │   ├── interceptor.js // 劫持处理管理工具函数（注册/执行等）
 │   ├── hack.js        // 劫持处理请求/响应的逻辑
 │   ├── rsa.js         // 加解密相关工具，基本上是从服务端拷贝过来的
 │   └── index.js       // 服务端应用入口
 ├── .editorconfig
 ├── .eslintrc.js
 ├── .gitignore
 └── package.json

index.js 中的反向代理

使用 koa-better-http-proxy 搭建反向代理比较简单，只需要在 Koa 实例中使用代理中间件即可，大致逻辑如下：

import Koa from "koa";
import proxy from "koa-better-http-proxy";

const app = new Koa();
app.use(
    proxy(
        "localhost",
        {
            proxyReqBodyDecorator: ...,  // 省略号占位示意
            userResDecorator: ...,       // 省略号占位示意
        }
    )
);

app.listen(3000, () => {
    console.log("intermediator at: http://localhost:3000/");
});

这里 proxyReqBodyDecorator 和 userResDecorator 中分别用来劫持请求和响应，怎么使用在文档中都说得很清楚。

劫持公钥 GET /api/public-key

劫持公钥的过程是将服务器返回的公钥保存起来，然后返回自己发的假公钥：

userResDecorator: (res, resDataBuffer, ctx) => {
    const { req } = res;
    const { method, path } = req;
    if (method === "GET" && path === "/api/public-key") {
        // resDataBuffer 是 Buffer 类型，需要先转成字符串
        const text = resDataBuffer.toString("utf8");
        const { key } = JSON.parse(text);
        // 保存服务器发过来的「真·公钥」
        saveRealPublicKey(key);
        // 响应自己发的「假·公钥」
        return JSON.stringify({ key: await getPublicKey() });
    } else {
        // 其他情况不劫持，直接返回原响应内容
        return resDataBuffer;
    }
}

先根据 method 和 path 确定要劫持的请求，然后从服务器响应中拿到真实的公钥用 saveRealPublicKey() 保存到 .data/REAL-KEY 文件中。这里的 saveRealPublicKey() 可以参照上一节中 rsa.js 中保存公钥的部分：

const filePathes = {
    ......
    real: path.join(".data", "REAL-KEY"),
}

export async function saveRealPublicKey(key) {
    return fsPromise.writeFile(filePathes.real, key);
}

后面用到的 getPublicKey() 就是上一节写的那个，因为中间人也会像服务器一样产生密钥对。

重构：添加劫持管理工具

写完对 GET /api/public-key 的劫持之后，可以发现，每次劫持都需要根据 method 和 path（或前缀、匹配模式等）来对劫持处理，进行逻辑分支。既然如此，不妨写一个简单的劫持管理工具，配置管理 method、path 和 handler（劫持处理）之间的关系，并自动匹配调用处理函数。

这样一来，只需要按劫持阶段（请求/响应）分成两个配置：requestInterceptors 和 responseInterceptors，这是两个数组，其中的元素结构是：

{
    "method": "字符串，匹配 HTTP 方法，使用 === 精确比较",
    "test": "匹配函数，根据请求地址判断是否匹配得上",
    "handler": "处理函数，对匹配上的进行调用进行劫持逻辑处理",
}

注册逻辑是：

function register(method, test, fn) {
    // 这里是 requestInterceptors 或 responseInterceptors
    xxxInterceptors.push({
        method,
        // 如果 test 是提供的字符串，就处理成精确相等的判断函数
        test: typeof path === "function" ? test : path => path === test,
        handler: fn,
    });
}

调用的逻辑是（请求和响应相似，只是取 method 和 path 的细节略有不同）：

// 以响应的逻辑为例
function invoke(res, dataBuffer, ctx) {
    const { req } = res;
    const { method, path } = req;
    const interceptor = responseInterceptors
        .find(opt => opt.method === method && opt.test(path));

    // 没有注册劫持逻辑，直接返回原响应内容
    if (!interceptor) { return dataBuffer; }
    // 找到注册逻辑，调用其处理函数
    return interceptor.handler(res, dataBuffer, ctx);
}

由于在处理响应的时候，一般都需要把 Buffer 类型的 dataBuffer 转换成字符串类型，所以可以在调用之前做一些预处理。本文讲逻辑，不详述这些改进细节，需要了解细节请阅读文末提供的示例源代码。

劫持注册/和登录

劫持注册和登录都需要在请求阶段进行，将请求中加密的密码，用自己的「假·私钥」解出来，再用保存的「真·公钥」加密送给服务器。由于在这次的示例中，注册和登录的 payload 完全相同，都是 { username, password }，所以可以用同一个劫持处理逻辑：

(bodyBuffer, ctx) => {
    // bodyBuffer 转换成字符串是 QueryString 格式的 payload 数据
    const body = qs.parse(bodyBuffer.toString("utf8"));
    // 使用「假·私钥」解密，这跟上一节解密一样
    const originalPassword = await decrypt(body.password);
    // 获取加密数据原文，进行保存等业务处理（这里用输出到控制台代替）
    console.log("[拦截到密码]", `${originalPassword} (${body.username})`);
    // 使用「真·公钥」加密，encrypt 稍后说明
    body.password = await encrypt(originalPassword);
    // 不能直接返回对象，可以是字符串或 Buffer
    return qs.stringify(body);
}

其中 decrypt() 就是上一节服务端的那个。不过上一节服务端没有 encrypt()，所以需要用 crypto 模块写一个 encrypt() 方法。中间人只需要用「真·公钥」加密，所以获取密钥逻辑可以直接封装成 encrypt() 中。

export async function encrypt(data) {
    // 获取「真·公钥」
    const key = await getRealPublicKey();

    return crypto.publicEncrypt(
        {
            key,
            // 别忘了指定 PKCS#1 Padding
            padding: crypto.constants.RSA_PKCS1_PADDING,
        },
        Buffer.from(data, "utf-8"),
    ).toString("base64");
}

跑起来试试

写代码总会有 BUG，调试的过程中肯定还要做一些修整。最终，中间人在 http://localhost:3000/ 提供了服务。因为中间人实际是一个代理服务，所以原来在 http://localhost/ 跑的真实服务也需要启动起来。

现在假装已经被黑客劫持，所以我们直接访问 http://localhost:3000/，可以看到界面，也可以像原来一样的操作，就跟没有中间人一样，毫无异样的感觉。

不过在中间人的控制台中，我们可以看到被劫持到的密码原文

通过上面的实验，我们已经可以证明：公钥可能被劫持，非对称加密也有漏洞 ！

好可怕，怎么办？

由于中间人劫持，我们必须想办法用安全的手段去拿到正确的公钥。

有一个很直接很暴力的办法：亲自去服务提供方拿公钥 —— 这个办法确实有效，但不实用。

另一个办法，我们不去服务器上拿公钥，而是去一个值得信任的地方拿公钥。

那么，哪里是可信的？

CA（证书签发机构）是可信的。但是要去 CA 拿证书，仍然需要通过网络，仍然可能被劫持。CA 会怎么办？

CA 会对发出来的证书进行签名，客户方拿到数据之后，可以使用 CA 的公钥来验证签名是否正确。这样可以保证拿到的数据不被篡改。但是经过逻辑推导，会发现：获取 CA 公钥的时候仍然存在被劫持的可能 …… 兜兜转转，难道无解？

如果一切依赖于网络传输，真的无解。不过 CA 的公钥并不是通过网络去获取的，而是操作系统/浏览器内置的，这就类似前面所说的第一种办法，直接由操作系统/浏览器供应商（Microsoft、Apple、Mozilla 等）拿到，内置在系统中。这些证书由 CA 和供应商提供信誉保障。因为它们是证书信任链的起点，所以称为根证书。

好了，逻辑通了，但是研究的结果很明显：安全的传输过程离不开 CA 参与，而有 CA 参与了，何苦还要自己去写加密/解密，直接用 HTTPS 不香么？

这么说来，我们这三篇文章的研究不是白干了？也没有，至少有两个收获：

• 科谱了安全传输的相关基础知识（有没有意识到盗版操作系统的风险？）；
• 如果实在没条件上 HTTPS，至少知道一个相对安全的传输方法，而且明白其面临的风险。

• Intermediator Demo