Ontdek de Web Crypto API, een krachtige tool voor cryptografische bewerkingen in de browser. Leer over hashing, encryptie, handtekeningen en sleutelbeheer.
Web Crypto API: Een Uitgebreide Gids voor Cryptografische Bewerkingen
De Web Crypto API is een JavaScript API waarmee ontwikkelaars cryptografische bewerkingen rechtstreeks in de browser kunnen uitvoeren. Dit opent mogelijkheden voor het bouwen van veilige webapplicaties zonder te vertrouwen op server-side verwerking voor gevoelige taken. Dit artikel biedt een uitgebreid overzicht van de Web Crypto API, waarbij de belangrijkste functionaliteiten, gebruiksscenario's en best practices worden behandeld.
Introductie tot Cryptografie in de Browser
Traditioneel werden cryptografische bewerkingen voornamelijk aan de serverzijde afgehandeld vanwege beveiligingskwesties en de beperkingen van client-side JavaScript. De Web Crypto API biedt echter een veilige en gestandaardiseerde manier om cryptografische taken rechtstreeks in de browser uit te voeren. Dit maakt een reeks nieuwe functies mogelijk, zoals client-side encryptie, veilige authenticatie en digitale handtekeningen, allemaal zonder gevoelige gegevens onnodig naar de server te verzenden.
Een belangrijk voordeel van client-side cryptografie is de verminderde serverbelasting. Door cryptografische berekeningen naar de browser te offloaden, kan de server zich richten op andere taken, wat de algehele applicatieprestaties verbetert. Bovendien kan client-side encryptie de privacy van gebruikers verbeteren door ervoor te zorgen dat gevoelige gegevens worden versleuteld voordat ze het apparaat van de gebruiker verlaten.
Kernconcepten van de Web Crypto API
De Web Crypto API is gebaseerd op de volgende kernconcepten:
- Cryptografische Algoritmen: De API ondersteunt diverse cryptografische algoritmen, waaronder symmetrische encryptie (bijv. AES), asymmetrische encryptie (bijv. RSA), hashing-algoritmen (bijv. SHA-256) en digitale handtekening-algoritmen (bijv. ECDSA).
- Sleutels: Cryptografische bewerkingen vereisen vaak sleutels. De Web Crypto API biedt mechanismen voor het genereren, importeren, exporteren en veilig opslaan van sleutels. Sleutels kunnen symmetrisch zijn (gebruikt voor zowel encryptie als decryptie) of asymmetrisch (bestaande uit een publieke sleutel en een privésleutel).
- SubtleCrypto Interface: De
SubtleCryptointerface is het belangrijkste toegangspunt voor cryptografische functies. Het biedt methoden voor het uitvoeren van hashing, encryptie, decryptie, ondertekening en verificatie. - Promises: Alle cryptografische bewerkingen in de Web Crypto API zijn asynchroon en retourneren promises. Dit zorgt ervoor dat de gebruikersinterface van de browser responsief blijft tijdens het uitvoeren van potentieel tijdrovende cryptografische taken.
Ondersteunde Cryptografische Algoritmen
De Web Crypto API ondersteunt een breed scala aan cryptografische algoritmen. Hier zijn enkele van de meest gebruikte:
Symmetrische Encryptie
- AES (Advanced Encryption Standard): Een veelgebruikt symmetrisch encryptie-algoritme. De Web Crypto API ondersteunt AES-CBC-, AES-CTR-, AES-GCM- en AES-KW-modi.
Asymmetrische Encryptie
- RSA (Rivest-Shamir-Adleman): Een populair asymmetrisch encryptie-algoritme. De Web Crypto API ondersteunt RSA-OAEP- en RSA-PSS-padding-schema's.
- ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm): Een asymmetrisch handtekening-algoritme gebaseerd op elliptische-curve-cryptografie.
- ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman): Een sleuteluitwisselingsprotocol gebaseerd op elliptische-curve-cryptografie.
Hashing Algoritmen
- SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit): Een veelgebruikt hashing-algoritme dat een hashwaarde van 256 bits produceert.
- SHA-384 (Secure Hash Algorithm 384-bit): Een hashing-algoritme dat een hashwaarde van 384 bits produceert.
- SHA-512 (Secure Hash Algorithm 512-bit): Een hashing-algoritme dat een hashwaarde van 512 bits produceert.
Basis Cryptografische Bewerkingen
Laten we enkele basis cryptografische bewerkingen verkennen met de Web Crypto API met codevoorbeelden.
Hashing
Hashing is het proces van het transformeren van gegevens naar een tekenreeks van vaste lengte (een hashwaarde). Hashing wordt gebruikt voor controles van gegevensintegriteit, wachtwoordopslag en indexering.
async function hashData(data) {
const encoder = new TextEncoder();
const dataBuffer = encoder.encode(data);
const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', dataBuffer);
const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
const hashHex = hashArray
.map((b) => b.toString(16).padStart(2, '0'))
.join('');
return hashHex;
}
// Voorbeeldgebruik:
hashData('Hello, world!')
.then((hash) => console.log('SHA-256 Hash:', hash))
.catch((err) => console.error('Hashing error:', err));
Genereren van Symmetrische Sleutels
Symmetrische sleutels worden gebruikt voor encryptie en decryptie met dezelfde sleutel. De Web Crypto API stelt u in staat symmetrische sleutels te genereren met de generateKey() methode.
async function generateAESKey() {
return await crypto.subtle.generateKey(
{
name: 'AES-GCM',
length: 256,
},
true, // extractable
['encrypt', 'decrypt'] // usages
);
}
// Voorbeeldgebruik:
generateAESKey()
.then((key) => {
console.log('AES Key generated:', key);
// Gebruik de sleutel voor encryptie/decryptie
})
.catch((err) => console.error('Key generation error:', err));
Versleutelen van Gegevens
Encryptie is het proces van het transformeren van gegevens naar een onleesbaar formaat om de vertrouwelijkheid ervan te beschermen. Hier is een voorbeeld van het versleutelen van gegevens met AES-GCM:
async function encryptData(key, data) {
const encoder = new TextEncoder();
const dataBuffer = encoder.encode(data);
const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12)); // Initialisatievector
const encryptedData = await crypto.subtle.encrypt(
{
name: 'AES-GCM',
iv: iv,
},
key,
dataBuffer
);
// Combineer IV en versleutelde gegevens voor opslag/transmissie
const combined = new Uint8Array(iv.length + encryptedData.byteLength);
combined.set(iv, 0);
combined.set(new Uint8Array(encryptedData), iv.length);
return combined;
}
// Voorbeeldgebruik (ervan uitgaande dat u een AES-sleutel heeft):
generateAESKey().then(key => {
encryptData(key, 'Sensitive data')
.then((encrypted) => {
console.log('Encrypted data:', encrypted);
})
.catch((err) => console.error('Encryption error:', err));
});
Ontsleutelen van Gegevens
Decryptie is het proces van het transformeren van versleutelde gegevens terug naar het oorspronkelijke, leesbare formaat. Hier is een voorbeeld van het ontsleutelen van gegevens versleuteld met AES-GCM:
async function decryptData(key, combined) {
const iv = combined.slice(0, 12);
const encryptedData = combined.slice(12);
const decryptedData = await crypto.subtle.decrypt(
{
name: 'AES-GCM',
iv: iv,
},
key,
encryptedData
);
const decoder = new TextDecoder();
return decoder.decode(decryptedData);
}
// Voorbeeldgebruik (ervan uitgaande dat u de AES-sleutel en versleutelde gegevens heeft):
generateAESKey().then(key => {
encryptData(key, 'Sensitive data').then(encrypted => {
decryptData(key, encrypted)
.then((decrypted) => {
console.log('Decrypted data:', decrypted);
})
.catch((err) => console.error('Decryption error:', err));
});
});
Genereren van Asymmetrische Sleutels
Asymmetrische sleutels bestaan uit een publieke sleutel en een privésleutel. De publieke sleutel kan worden gedeeld met anderen, terwijl de privésleutel geheim moet worden gehouden. De Web Crypto API ondersteunt het genereren van asymmetrische sleutels met de generateKey() methode.
async function generateRSAKey() {
return await crypto.subtle.generateKey(
{
name: 'RSA-OAEP',
modulusLength: 2048, // De lengte van de sleutel in bits
publicExponent: new Uint8Array([0x01, 0x00, 0x01]), // Meestal 65537
hash: 'SHA-256',
},
true, // extractable
['encrypt', 'decrypt'] // usages
);
}
// Voorbeeldgebruik:
generateRSAKey()
.then((keyPair) => {
console.log('RSA Public Key:', keyPair.publicKey);
console.log('RSA Private Key:', keyPair.privateKey);
// Gebruik de sleutels voor encryptie/decryptie
})
.catch((err) => console.error('Key generation error:', err));
Ondertekenen van Gegevens
Digitale handtekeningen worden gebruikt om de authenticiteit en integriteit van gegevens te verifiëren. De afzender ondertekent de gegevens met zijn privésleutel en de ontvanger verifieert de handtekening met de publieke sleutel van de afzender.
async function signData(privateKey, data) {
const encoder = new TextEncoder();
const dataBuffer = encoder.encode(data);
const signature = await crypto.subtle.sign(
{
name: 'RSASSA-PKCS1-v1_5',
hash: { name: 'SHA-256' },
},
privateKey,
dataBuffer
);
return signature;
}
// Voorbeeldgebruik (ervan uitgaande dat u een RSA-sleutelpaar heeft):
generateRSAKey().then(keyPair => {
signData(keyPair.privateKey, 'Data to sign')
.then((signature) => {
console.log('Signature:', signature);
})
.catch((err) => console.error('Signing error:', err));
});
Verifiëren van Handtekeningen
Het verifiëren van een digitale handtekening bevestigt dat de gegevens niet zijn gewijzigd en dat ze daadwerkelijk zijn ondertekend door de geclaimde afzender.
async function verifySignature(publicKey, signature, data) {
const encoder = new TextEncoder();
const dataBuffer = encoder.encode(data);
const isValid = await crypto.subtle.verify(
{
name: 'RSASSA-PKCS1-v1_5',
hash: { name: 'SHA-256' },
},
publicKey,
signature,
dataBuffer
);
return isValid;
}
// Voorbeeldgebruik (ervan uitgaande dat u het RSA-sleutelpaar en de handtekening heeft):
generateRSAKey().then(keyPair => {
signData(keyPair.privateKey, 'Data to sign').then(signature => {
verifySignature(keyPair.publicKey, signature, 'Data to sign')
.then((isValid) => {
console.log('Signature is valid:', isValid);
})
.catch((err) => console.error('Verification error:', err));
});
});
Sleutelbeheer
Adequaat sleutelbeheer is cruciaal voor de beveiliging van elk cryptografisch systeem. De Web Crypto API biedt mechanismen voor het genereren, importeren, exporteren en veilig opslaan van sleutels. Het veilig opslaan van sleutels in de browser kan echter uitdagend zijn.
Overwegingen bij Sleutelopslag
- IndexedDB: Een optie is om sleutels op te slaan in IndexedDB, een browsergebaseerde NoSQL-database. IndexedDB is echter niet specifiek ontworpen voor veilige sleutelopslag, dus het is belangrijk om aanvullende beveiligingsmaatregelen te implementeren, zoals het versleutelen van de sleutels voordat ze worden opgeslagen.
- LocalStorage/Cookies: Deze worden over het algemeen niet aanbevolen voor het opslaan van cryptografische sleutels vanwege hun beperkte beveiligingsfuncties en het potentieel voor cross-site scripting (XSS)-aanvallen.
- Hardware Security Modules (HSM's): In meer geavanceerde scenario's kunt u browser-extensies of native applicaties gebruiken om te koppelen met hardware security modules (HSM's) voor veilige sleutelopslag en cryptografische bewerkingen.
Sleutelimport en -export
De Web Crypto API staat u toe sleutels te importeren en exporteren in verschillende formaten, zoals:
- JWK (JSON Web Key): Een JSON-gebaseerd formaat voor het representeren van cryptografische sleutels.
- PKCS#8: Een standaardformaat voor het opslaan van privésleutels.
- SPKI (Subject Public Key Info): Een standaardformaat voor het opslaan van publieke sleutels.
Het importeren en exporteren van sleutels kan nuttig zijn voor het overdragen van sleutels tussen verschillende systemen of voor het maken van back-ups van sleutels.
Sleutel Wrapping en Unwrapping
Sleutel wrapping is het proces van het versleutelen van een sleutel met een andere sleutel (de wrapping-sleutel). Dit kan worden gebruikt om sleutels te beschermen terwijl ze worden opgeslagen of verzonden. De Web Crypto API ondersteunt sleutel wrapping en unwrapping met algoritmen zoals AES-KW en RSA-OAEP.
Gebruiksscenario's voor de Web Crypto API
De Web Crypto API opent een breed scala aan mogelijkheden voor het bouwen van veilige webapplicaties. Hier zijn enkele veelvoorkomende gebruiksscenario's:
- Client-Side Encryptie: Versleutel gevoelige gegevens in de browser voordat u ze naar de server verzendt. Dit kan gegevens beschermen tegen afluisteren en ongeautoriseerde toegang.
- Veilige Authenticatie: Implementeer veilige authenticatiemechanismen met behulp van digitale handtekeningen en sleuteluitwisselingsprotocollen.
- Controles van Gegevensintegriteit: Gebruik hashing-algoritmen om de integriteit van gegevens die van de server worden gedownload, te verifiëren.
- Veilige Communicatie: Vestig veilige communicatiekanalen met behulp van encryptie en sleuteluitwisselingsprotocollen.
- Digital Rights Management (DRM): Implementeer DRM-schema's om auteursrechtelijk beschermde inhoud te beschermen.
- Wachtwoordbeheer: Implementeer veilige mechanismen voor het opslaan en ophalen van wachtwoorden. Gebruik PBKDF2 om wachtwoorden client-side te hashen voordat u ze naar de server verzendt.
Beveiligingsoverwegingen
Hoewel de Web Crypto API een krachtig hulpmiddel biedt voor het bouwen van veilige webapplicaties, is het belangrijk om u bewust te zijn van mogelijke beveiligingsrisico's en best practices te volgen:
- Cross-Site Scripting (XSS): XSS-aanvallen kunnen de beveiliging van uw applicatie aantasten en aanvallers in staat stellen gevoelige gegevens, waaronder cryptografische sleutels, te stelen. Beveilig uw applicatie tegen XSS-aanvallen door gebruikersinvoer correct te ontsmetten en content security policies (CSP's) te gebruiken.
- Man-in-the-Middle (MITM) Aanvallen: MITM-aanvallen kunnen netwerkverkeer onderscheppen en wijzigen, wat mogelijk de vertrouwelijkheid en integriteit van gegevens aantast. Beveilig uw applicatie tegen MITM-aanvallen door HTTPS te gebruiken en de authenticiteit van servercertificaten te verifiëren.
- Side-Channel Aanvallen: Side-channel aanvallen maken misbruik van informatie die lekt tijdens cryptografische bewerkingen, zoals timingvariaties of stroomverbruik, om geheime sleutels te achterhalen. De Web Crypto API is ontworpen om side-channel aanvallen te mitigeren, maar het is belangrijk om zich bewust te zijn van dit risico en best practices te gebruiken voor cryptografische implementatie.
- Sleutelbeheer: Veilig sleutelbeheer is cruciaal voor de beveiliging van elk cryptografisch systeem. Bescherm uw sleutels tegen ongeautoriseerde toegang en zorg ervoor dat ze veilig worden opgeslagen en beheerd.
- Algoritmekeuze: Kies cryptografische algoritmen en sleutelgroottes die geschikt zijn voor uw beveiligingsvereisten. Vermijd het gebruik van zwakke of verouderde algoritmen. Raadpleeg beveiligingsexperts om de beste algoritmen voor uw applicatie te bepalen.
- Regelmatige Updates: Houd uw browser en JavaScript-bibliotheken up-to-date met de nieuwste beveiligingspatches. Kwetsbaarheden in deze componenten kunnen de beveiliging van uw applicatie aantasten.
Best Practices voor het Gebruik van de Web Crypto API
Hier zijn enkele best practices voor het gebruik van de Web Crypto API:
- Gebruik HTTPS: Gebruik altijd HTTPS om uw applicatie te beschermen tegen MITM-aanvallen.
- Ontsmet Gebruikersinvoer: Ontsmet gebruikersinvoer correct om XSS-aanvallen te voorkomen.
- Gebruik Content Security Policies (CSP's): Gebruik CSP's om de bronnen die uw applicatie kan laden te beperken, waardoor het risico op XSS-aanvallen wordt gemitigeerd.
- Kies Sterke Algoritmen: Selecteer sterke cryptografische algoritmen en sleutelgroottes die geschikt zijn voor uw beveiligingsvereisten.
- Implementeer Veilig Sleutelbeheer: Implementeer veilige sleutelbeheerpraktijken om uw sleutels te beschermen tegen ongeautoriseerde toegang.
- Houd Uw Software Up-to-date: Houd uw browser en JavaScript-bibliotheken up-to-date met de nieuwste beveiligingspatches.
- Test Uw Applicatie Grondig: Test uw applicatie grondig om potentiële beveiligingskwetsbaarheden te identificeren en te verhelpen.
- Overweeg een Cryptografiebibliotheek: Hoewel de Web Crypto API krachtig is, kan het gebruik van een goed beoordeelde cryptografiebibliotheek (zoals TweetNaCl.js of CryptoJS) extra beveiliging en gemak bieden. Deze bibliotheken behandelen vaak low-level details en randgevallen, waardoor het risico op fouten wordt verminderd.
Voorbeelden van Web Crypto API in Actie
Laten we een paar real-world voorbeelden bekijken waarbij de Web Crypto API kan worden gebruikt om beveiliging en privacy te verbeteren:
Veilige Berichtenapplicatie
Een veilige berichtenapplicatie kan de Web Crypto API gebruiken om berichten client-side te versleutelen voordat ze naar de server worden verzonden. Dit zorgt ervoor dat alleen de beoogde ontvanger de berichten kan lezen, zelfs als de server is gecompromitteerd. Gebruikers kunnen sleutelparen genereren, berichten versleutelen met de publieke sleutel van de ontvanger en berichten ondertekenen met hun eigen privésleutel. De ontvanger zou vervolgens hun privésleutel gebruiken om het bericht te ontsleutelen en de handtekening van de afzender te verifiëren met hun publieke sleutel.
Veilige Bestandsopslag
Een veilige bestandsopslagapplicatie kan de Web Crypto API gebruiken om bestanden client-side te versleutelen voordat ze naar de server worden geüpload. Dit beschermt de bestanden tegen ongeautoriseerde toegang, zelfs als de server is gecompromitteerd. Gebruikers kunnen encryptiesleutels genereren, bestanden versleutelen met deze sleutels en vervolgens de versleutelde bestanden veilig opslaan samen met de sleutels (mogelijk door de sleutels te wrappen voor extra bescherming). Wanneer een gebruiker toegang wil krijgen tot een bestand, zou de applicatie het versleutelde bestand en de bijbehorende sleutel ophalen, het bestand client-side ontsleutelen en het vervolgens aan de gebruiker weergeven.
Geavanceerde Onderwerpen
Naast de basisprincipes biedt de Web Crypto API verschillende geavanceerde functies voor gespecialiseerde gebruiksscenario's:
- Key Derivation Functions (KDF's): KDF's worden gebruikt om cryptografische sleutels af te leiden van wachtwoorden of andere geheime waarden. De Web Crypto API ondersteunt PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2), een veelgebruikte KDF voor op wachtwoorden gebaseerde sleutelafleiding.
- Authenticated Encryption: Geauthenticeerde encryptie-algoritmen, zoals AES-GCM en ChaCha20-Poly1305, bieden zowel vertrouwelijkheid als integriteit. Ze versleutelen de gegevens en genereren ook een authenticatietag die kan worden gebruikt om de integriteit van de gegevens te verifiëren.
- Elliptische Curve Cryptografie (ECC): ECC is een type asymmetrische cryptografie gebaseerd op elliptische curven. De Web Crypto API ondersteunt ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) en ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman), die veel worden gebruikt voor digitale handtekeningen en sleuteluitwisseling.
Conclusie
De Web Crypto API biedt een krachtige en gestandaardiseerde manier om cryptografische bewerkingen rechtstreeks in de browser uit te voeren. Dit stelt ontwikkelaars in staat veilige webapplicaties te bouwen zonder te vertrouwen op server-side verwerking voor gevoelige taken. Door de kernconcepten van de Web Crypto API te begrijpen, best practices te volgen en zich bewust te zijn van mogelijke beveiligingsrisico's, kunt u deze krachtige tool benutten om de beveiliging en privacy van uw webapplicaties te verbeteren. Naarmate webapplicaties steeds geavanceerder worden en meer gevoelige gegevens verwerken, zal de Web Crypto API een steeds belangrijkere rol spelen bij het waarborgen van de beveiliging en privacy van het web.