如何在浏览器端加密——使用Javascript加密解密

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。