OpenSSL in Ruby

OpenSSL là một tiện ích nguồn mở dùng để mã hoá dữ liệu. là một thư viện rất quan trọng trong nghành công nghệ bảo mật. Cung cấp cho ta rất nhiều các module hữu ích sử dụng để mã hóa (Encrypt) và giải mã (Decrypt). Trong đó có module Cipher của thư viện openssl được cung cấp mặc định trong Ruby.

Document của openssl khá đẩy đủ, cung cấp các ví dụ minh họa rõ ràng. Chẳng hạn để mã hóa ta có thể dùng snippet sau:

data = "Very, very confidential data"

cipher = OpenSSL::Cipher.new('AES-128-CBC')
cipher.encrypt
key = cipher.random_key
iv = cipher.random_iv

Đọc đoạn code trên ta thấy một số keyword:

  • AES-128-CBC: thuât toán mã hóa được sử dụng. Ví dụ ở đây ta dùng thuật toán mã hóa đối xứng AES với chiều dài khóa 128 bit, dùng CBC mode. Để biết các thuật toán được openssl cung cấp ta có thể dùng hàm OpenSSL::Cipher.ciphers
  • key: khóa dùng để mã hóa/giải mã.
  • iv: vector khởi tạo(initialization vector)

Như vậy ta thấy trong đoạn code trên, khóa giải mã và vector khởi tạo đều được tạo random, đồng nghĩa với việc ta phải lưu trữ chúng ở đâu đó(để còn giải mã sau này). Nhưng tính mình thì hay quên, lưu lại rồi quên mất lưu ở đâu thì tiêu. Vì thế, mình tìm cách sinh ra khóa từ một chuỗi password, mỗi khi cần giải mã chỉ cần nhập chuỗi password này vào là có thể lấy lại được văn bản ban đâu.

Ở đây ta sẽ dùng module PKCS5 để sinh khóa(thực ra là chuỗi hash của password dùng SHA-1) từ một password cho trước.

password = "my password"
salt = OpenSSL::Random.random_bytes(16)
iter = 20_000
key_len = 16
key = OpenSSL::PKCS5.pbkdf2_hmac_sha1(pass, salt, iter, key_len)

Có một số tham số cần chú ý:

  • password: password dùng để tạo khóa.
  • salt: chuỗi salt được append vào password trước khi hash(chống dictionary attack)
  • iter: giá trị càng lớn thời gian sinh key sẽ càng lâu(chống brute force attack)
  • key_len: chiều dài khóa được sinh ra(128 bit), phải tương thích với thuật toán mã hóa(trong ví dụ trên là thuật AES 128 bit)

Để tạo lại khóa, ta cần truyền vào salt và password. Chuỗi salt có thể lưu trữ public cũng không vấn đề gì.

Đến đây ta có các thông số sau cần phải được lưu trữ lại(để dùng giải mã sau này)

  • salt
  • iv
  • password

salt và iv có thể lưu cùng với encrypted data, còn password dĩ nhiên phải nhớ, hoặc ghi ra đâu đó.

Đã có đủ các công cụ, ta có đoạn code dùng để mã hóa/giải mã như sau:

# hàm mã hóa
def encrypt(password, salt, data)
  key = key_generator(password, salt)
  cipher = OpenSSL::Cipher.new('AES-128-CBC')
  cipher.encrypt
  cipher.key = key
  iv = cipher.random_iv
  encrypted = cipher.update(data) + cipher.final

  return {iv: iv, data: encrypted}
end

# hàm giải mã
def decrypt(password, salt, iv, encrypted_data)
  key = key_generator(password, salt)
  decipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, :CBC)
  decipher.decrypt
  decipher.key = key
  decipher.iv = iv
  plain = decipher.update(encrypted_data) + decipher.final

  return plain
end

# hàm sinh key từ password
def key_generator(password, salt, key_length = 16)
  iter = 20000
  key = OpenSSL::PKCS5.pbkdf2_hmac_sha1(password, salt, iter, key_length)

  return key
end

Trong ví dụ sau, ta thử mã hóa, và giải mã một đoạn văn bản:

salt = OpenSSL::Random.random_bytes(16)
password = "123456789"
data = "A very very sensitive data"
encrypted_data = encrypt(password, salt, data)

decrypted_data = decrypt(password, salt, encrypted_data[:iv], encrypted_data[:data])
puts decrypted_data