附录C. 加密

附录C. 加密

  作为一本相关安全方面的书，通常加密是需要提及的话题。我之所以在本书的主体部分忽略了加密问题，是因为它的用途是狭窄的，而开发者应从大处着眼来考虑安全问题。过分依赖于加密常常会混淆问题的根源。尽管加密本身是有效的，但是进行加密并不会神奇地提高一个应用的安全性。

  一个PHP开发人员应主要熟悉以下的加密方式：

l        对称加密

l        非对称加密（公钥）

l        Hash函数（信息摘要）

l        信息验证码

  本附录主要关注于使用mcrypt扩展的对称加密算法。你需要参考的资料如下：

  实用加密技术（Applied Cryptography）, by Bruce Schneier (Wiley)

http://www.schneier.com/blog/

http://wikipedia.org/wiki/Cryptography

http://phpsec.org/articles/2005/password-hashing.html

http://pear.php.net/package/Crypt_HMAC

http://pear.php.net/package/Crypt_RSA

C.1. 密码的存储

  当你在数据库内存储的密码时，永远不要以明码方式存入，而是应该存储密码的hash值并同时使用附加字串：

  <?php

  /* $password contains the password. */

  $salt = 'SHIFLETT';

  $password_hash = md5($salt . md5($password . $salt));

  /* Store password hash. */

  ?>

  当你需要确认一个密码是否正确时，以同样的方式计算出hash值并比较异同：

  <?php

  $salt = 'SHIFLETT';

  $password_hash = md5($salt . md5($_POST['password'] . $salt));

  /* Compare password hashes. */

  ?>

  如果hash值完全相同，你就有理由认为密码也是相同的。

  如果使用了这个技巧，是不可能告诉用户他们的密码是什么的。当用户忘记密码时，你只能让他录入一个新密码并重新计算hash值存入数据库。当然，你需要非常小心地对用户进行身份确认——密码提醒机制是易受频繁攻击的目标，同时也是经常出现安全漏洞的源头。

C.2. 使用mcrypt

  PHP的标准加密扩展是mcrypt，它支持很多不同的加密算法。你可以通过mcrypt_list_algorithms( )函数来查看你的平台上支持的算法列表：

  <?php

  echo '<pre>' . print_r(mcrypt_list_algorithms(), TRUE) . '</pre>';

  ?>

  加密和解密分别由mcrypt_encrypt( ) 及 mcrypt_decrypt( )函数来实现。这两个函数都有5个参数，第一个参数是用于指定使用的算法：

  <?php

  mcrypt_encrypt($algorithm,

                 $key,

                 $cleartext,

                 $mode,

                 $iv);

  mcrypt_decrypt($algorithm,

                 $key,

                 $ciphertext,

                 $mode,

                 $iv);

  ?>

  其中的加密键（第二个参数）是非常敏感的数据，因此你要确保把它存放在安全的地方。可以用第八章中保护数据库权限的方法来保护加密键。如果经济条件允许的话，硬件加密键是最好的选择，它提供了超级强大的安全性。

  函数有多种模式可供选择，你可以使用mcrypt_list_modes( )来列出所有支持的模式：

  <?php

  echo '<pre>' . print_r(mcrypt_list_modes(), TRUE) . '</pre>';

  ?>

  第五个参数（$iv）为初始化向量，可以使用mcrypt_create_iv( )函数建立。

  下面的示例类提供了基本的加密解密方法：

  class crypt

  {

    private $algorithm;

    private $mode;

    private $random_source;

    public $cleartext;

    public $ciphertext;

    public $iv;

    public function __construct($algorithm = MCRYPT_BLOWFISH,

                                $mode = MCRYPT_MODE_CBC,

                                $random_source = MCRYPT_DEV_URANDOM)

    {

      $this->algorithm = $algorithm;

      $this->mode = $mode;

      $this->random_source = $random_source;

    }

    public function generate_iv()

    {

      $this->iv = mcrypt_create_iv(mcrypt_get_iv_size($this->algorithm,

        $this->mode), $this->random_source);

    }

    public function encrypt()

    {

      $this->ciphertext = mcrypt_encrypt($this->algorithm,

        $_SERVER['CRYPT_KEY'], $this->cleartext, $this->mode, $this->iv);

    }

    public function decrypt()

    {

      $this->cleartext = mcrypt_decrypt($this->algorithm,

        $_SERVER['CRYPT_KEY'], $this->ciphertext, $this->mode, $this->iv);

    }

  }

  ?>

  上面的类会在其它示例中使用，下面是它的使用方法示例：

  <?php

  $crypt = new crypt();

  $crypt->cleartext = 'This is a string';

  $crypt->generate_iv();

  $crypt->encrypt();

  $ciphertext = base64_encode($crypt->ciphertext);

  $iv = base64_encode($crypt->iv);

  unset($crypt);

  /* Store $ciphertext and $iv (initialization vector). */

  $ciphertext = base64_decode($ciphertext);

  $iv = base64_decode($iv);

  $crypt = new crypt();

  $crypt->iv = $iv;

  $crypt->ciphertext = $ciphertext;

  $crypt->decrypt();

  $cleartext = $crypt->cleartext;

  ?>

小提示

  本扩展要求你在编译PHP时使用-mcrypt标识。安装指南及要求详见http://php.net/mcrypt。

C.3. 信用卡号的保存

  我常常被问到如何安全地保存信用卡号。我的总是会首先询问他们是否确实有必要保存信用卡号。毕竟不管具体是如何操作的，引入不必要的风险是不明智的。同时国家法律还有关于信用卡信息处理方面的规定，我还时刻小心地提醒我并不是一个法律专家。

  本书中我并不会专门讨论信用卡处理的方法，而是会说明如何保存加密信息到数据库及在读取时解密。该流程会导致系统性能的下降，但是确实提供了一层保护措施。其主要优点是如果数据库内容泄密暴露出的只是加密信息，但是前提是加密键是安全的。因此，加密键与加密的实现方法本身同样重要。

  保存加密数据到数据的过程是，首先加密数据，然后通过初始向量与明文建立密文来保存到数据库。由于密文是二进制字符串，还需要通过base64_encode( )转换成普通文本字符串以保证二进制编码的安全存储。

  <?php

  $crypt = new crypt();

  $crypt->cleartext = '1234567890123456';

  $crypt->generate_iv();

  $crypt->encrypt();

  $ciphertext = $crypt->ciphertext;

  $iv = $crypt->iv;

  $string = base64_encode($iv . $ciphertext);

  ?>

  保存该字串至数据库。在读取时，则是上面流程的逆处理：

  <?php

  $string = base64_decode($string);

  $iv_size = mcrypt_get_iv_size($algorithm, $mode);

  $ciphertext = substr($string, $iv_size);

  $iv = substr($string, 0, $iv_size);

  $crypt = new crypt();

  $crypt->iv = $iv;

  $crypt->ciphertext = $ciphertext;

  $crypt->decrypt();

  $cleartext =  $crypt->cleartext;

  ?>

  本实现方法假定加密算法与模式不变。如果它们是不定的话，你还要保存它们以用于解密数据。加密键是唯一需要保密的数据。

C.4. 加密会话数据

  如果你的数据库存在安全问题，或者部分保存在会话中的数据是敏感的，你可能希望加密会话数据。除非很有必要，一般我不推荐这样做，但是如果你觉得在你的情形下需要这样做的话，本节提供了一个实现方法的示例。

  这个方案十分简单。实际上，在第八章中，已经说明了如何通过调用session_set_save_handler( )来执行你自己的会话机制。通过对保存和读取数据的函数的少量调整，你就能加密存入数据库的数据及在读取时解密数据：

  <?php

  function _read($id)

  {

    global $_sess_db;

    $algorithm = MCRYPT_BLOWFISH;

    $mode = MCRYPT_MODE_CBC;

    $id = mysql_real_escape_string($id);

    $sql = "SELECT data

            FROM   sessions

            WHERE  id = '$id'";

    if ($result = mysql_query($sql, $_sess_db))

    {

        $record = mysql_fetch_assoc($result);

        $data = base64_decode($record['data']);

        $iv_size = mcrypt_get_iv_size($algorithm, $mode);

        $ciphertext = substr($data, $iv_size);

        $iv = substr($data, 0, $iv_size);

        $crypt = new crypt();

        $crypt->iv = $iv;

        $crypt->ciphertext = $ciphertext;

        $crypt->decrypt();

        return $crypt->cleartext;

    }

    return '';

  }

  function _write($id, $data)

  {

    global $_sess_db;

    $access = time();

    $crypt = new crypt();

    $crypt->cleartext = $data;

    $crypt->generate_iv();

    $crypt->encrypt();

    $ciphertext = $crypt->ciphertext;

    $iv = $crypt->iv;

    $data = base64_encode($iv . $ciphertext);

    $id = mysql_real_escape_string($id);

    $access = mysql_real_escape_string($access);

    $data = mysql_real_escape_string($data);

    $sql = "REPLACE

            INTO    sessions

            VALUES  ('$id', '$access', '$data')";

    return mysql_query($sql, $_sess_db);

  }