Explore a Web Crypto API, uma ferramenta poderosa para realizar operações criptográficas diretamente no navegador. Aprenda sobre hashing, criptografia, assinaturas e gerenciamento de chaves com exemplos práticos.
Web Crypto API: Um Guia Abrangente para Operações Criptográficas
A Web Crypto API é uma API JavaScript que permite aos desenvolvedores realizar operações criptográficas diretamente no navegador. Isso abre possibilidades para a construção de aplicações web seguras sem depender do processamento do lado do servidor para tarefas sensíveis. Este artigo fornece uma visão abrangente da Web Crypto API, cobrindo suas funcionalidades principais, casos de uso e melhores práticas.
Introdução à Criptografia no Navegador
Tradicionalmente, as operações criptográficas eram realizadas principalmente no lado do servidor devido a preocupações de segurança e às limitações do JavaScript do lado do cliente. No entanto, a Web Crypto API fornece uma maneira segura e padronizada de executar tarefas criptográficas diretamente no navegador. Isso possibilita uma série de novos recursos, como criptografia do lado do cliente, autenticação segura e assinaturas digitais, tudo sem transmitir dados sensíveis ao servidor desnecessariamente.
Uma grande vantagem da criptografia do lado do cliente é a redução da carga no servidor. Ao descarregar os cálculos criptográficos para o navegador, o servidor pode se concentrar em outras tarefas, melhorando o desempenho geral da aplicação. Além disso, a criptografia do lado do cliente pode aumentar a privacidade do usuário, garantindo que os dados sensíveis sejam criptografados antes de saírem do dispositivo do usuário.
Conceitos Fundamentais da Web Crypto API
A Web Crypto API é baseada nos seguintes conceitos fundamentais:
- Algoritmos de Criptografia: A API suporta vários algoritmos criptográficos, incluindo criptografia simétrica (ex: AES), criptografia assimétrica (ex: RSA), algoritmos de hashing (ex: SHA-256) e algoritmos de assinatura digital (ex: ECDSA).
- Chaves: As operações criptográficas frequentemente exigem chaves. A Web Crypto API fornece mecanismos para gerar, importar, exportar e armazenar chaves de forma segura. As chaves podem ser simétricas (usadas tanto para criptografia quanto para descriptografia) ou assimétricas (consistindo em uma chave pública e uma chave privada).
- Interface SubtleCrypto: A interface
SubtleCryptoé o principal ponto de entrada para acessar as funções criptográficas. Ela fornece métodos para realizar hashing, criptografia, descriptografia, assinatura e verificação. - Promises: Todas as operações criptográficas na Web Crypto API são assíncronas e retornam promises. Isso garante que a interface do usuário do navegador permaneça responsiva enquanto executa tarefas criptográficas potencialmente demoradas.
Algoritmos Criptográficos Suportados
A Web Crypto API suporta uma vasta gama de algoritmos criptográficos. Aqui estão alguns dos mais comumente usados:
Criptografia Simétrica
- AES (Advanced Encryption Standard): Um algoritmo de criptografia simétrica amplamente utilizado. A Web Crypto API suporta os modos AES-CBC, AES-CTR, AES-GCM e AES-KW.
Criptografia Assimétrica
- RSA (Rivest-Shamir-Adleman): Um popular algoritmo de criptografia assimétrica. A Web Crypto API suporta os esquemas de preenchimento RSA-OAEP e RSA-PSS.
- ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm): Um algoritmo de assinatura assimétrica baseado em criptografia de curva elíptica.
- ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman): Um protocolo de acordo de chaves baseado em criptografia de curva elíptica.
Algoritmos de Hashing
- SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit): Um algoritmo de hashing amplamente utilizado que produz um valor de hash de 256 bits.
- SHA-384 (Secure Hash Algorithm 384-bit): Um algoritmo de hashing que produz um valor de hash de 384 bits.
- SHA-512 (Secure Hash Algorithm 512-bit): Um algoritmo de hashing que produz um valor de hash de 512 bits.
Operações Criptográficas Básicas
Vamos explorar algumas operações criptográficas básicas usando a Web Crypto API com exemplos de código.
Hashing
O hashing é o processo de transformar dados em uma string de caracteres de tamanho fixo (um valor de hash). O hashing é usado para verificações de integridade de dados, armazenamento de senhas e indexação.
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;
}
// Exemplo de uso:
hashData('Olá, mundo!')
.then((hash) => console.log('Hash SHA-256:', hash))
.catch((err) => console.error('Erro de hashing:', err));
Gerando Chaves Simétricas
Chaves simétricas são usadas para criptografia e descriptografia com a mesma chave. A Web Crypto API permite gerar chaves simétricas usando o método generateKey().
async function generateAESKey() {
return await crypto.subtle.generateKey(
{
name: 'AES-GCM',
length: 256,
},
true, // extraível
['encrypt', 'decrypt'] // usos
);
}
// Exemplo de uso:
generateAESKey()
.then((key) => {
console.log('Chave AES gerada:', key);
// Use a chave para criptografar/descriptografar
})
.catch((err) => console.error('Erro na geração da chave:', err));
Criptografando Dados
A criptografia é o processo de transformar dados em um formato ilegível para proteger sua confidencialidade. Aqui está um exemplo de criptografia de dados usando AES-GCM:
async function encryptData(key, data) {
const encoder = new TextEncoder();
const dataBuffer = encoder.encode(data);
const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12)); // Vetor de inicialização
const encryptedData = await crypto.subtle.encrypt(
{
name: 'AES-GCM',
iv: iv,
},
key,
dataBuffer
);
// Combina o IV e os dados criptografados para armazenamento/transmissão
const combined = new Uint8Array(iv.length + encryptedData.byteLength);
combined.set(iv, 0);
combined.set(new Uint8Array(encryptedData), iv.length);
return combined;
}
// Exemplo de uso (assumindo que você tem uma chave AES):
generateAESKey().then(key => {
encryptData(key, 'Dados sensíveis')
.then((encrypted) => {
console.log('Dados criptografados:', encrypted);
})
.catch((err) => console.error('Erro de criptografia:', err));
});
Descriptografando Dados
A descriptografia é o processo de transformar dados criptografados de volta ao seu formato original e legível. Aqui está um exemplo de descriptografia de dados criptografados com 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);
}
// Exemplo de uso (assumindo que você tem a chave AES e os dados criptografados):
generateAESKey().then(key => {
encryptData(key, 'Dados sensíveis').then(encrypted => {
decryptData(key, encrypted)
.then((decrypted) => {
console.log('Dados descriptografados:', decrypted);
})
.catch((err) => console.error('Erro de descriptografia:', err));
});
});
Gerando Chaves Assimétricas
As chaves assimétricas consistem em uma chave pública e uma chave privada. A chave pública pode ser compartilhada com outros, enquanto a chave privada deve ser mantida em segredo. A Web Crypto API suporta a geração de chaves assimétricas usando o método generateKey().
async function generateRSAKey() {
return await crypto.subtle.generateKey(
{
name: 'RSA-OAEP',
modulusLength: 2048, // O comprimento da chave em bits
publicExponent: new Uint8Array([0x01, 0x00, 0x01]), // Comumente 65537
hash: 'SHA-256',
},
true, // extraível
['encrypt', 'decrypt'] // usos
);
}
// Exemplo de uso:
generateRSAKey()
.then((keyPair) => {
console.log('Chave Pública RSA:', keyPair.publicKey);
console.log('Chave Privada RSA:', keyPair.privateKey);
// Use as chaves para criptografar/descriptografar
})
.catch((err) => console.error('Erro na geração da chave:', err));
Assinando Dados
Assinaturas digitais são usadas para verificar a autenticidade e a integridade dos dados. O remetente assina os dados com sua chave privada, e o destinatário verifica a assinatura com a chave pública do remetente.
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;
}
// Exemplo de uso (assumindo que você tem um par de chaves RSA):
generateRSAKey().then(keyPair => {
signData(keyPair.privateKey, 'Dados para assinar')
.then((signature) => {
console.log('Assinatura:', signature);
})
.catch((err) => console.error('Erro ao assinar:', err));
});
Verificando Assinaturas
A verificação de uma assinatura digital confirma que os dados não foram adulterados e que foram de fato assinados pelo remetente declarado.
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;
}
// Exemplo de uso (assumindo que você tem o par de chaves RSA e a assinatura):
generateRSAKey().then(keyPair => {
signData(keyPair.privateKey, 'Dados para assinar').then(signature => {
verifySignature(keyPair.publicKey, signature, 'Dados para assinar')
.then((isValid) => {
console.log('A assinatura é válida:', isValid);
})
.catch((err) => console.error('Erro na verificação:', err));
});
});
Gerenciamento de Chaves
O gerenciamento adequado de chaves é crucial para a segurança de qualquer sistema criptográfico. A Web Crypto API fornece mecanismos para gerar, importar, exportar e armazenar chaves de forma segura. No entanto, armazenar chaves com segurança no navegador pode ser um desafio.
Considerações sobre Armazenamento de Chaves
- IndexedDB: Uma opção é armazenar chaves no IndexedDB, um banco de dados NoSQL baseado no navegador. No entanto, o IndexedDB não foi projetado especificamente para o armazenamento seguro de chaves, então é importante implementar medidas de segurança adicionais, como criptografar as chaves antes de armazená-las.
- LocalStorage/Cookies: Geralmente, não são recomendados para armazenar chaves criptográficas devido às suas características de segurança limitadas e ao potencial para ataques de cross-site scripting (XSS).
- Módulos de Segurança de Hardware (HSMs): Em cenários mais avançados, você pode usar extensões de navegador ou aplicações nativas para interagir com módulos de segurança de hardware (HSMs) para armazenamento seguro de chaves e operações criptográficas.
Importação e Exportação de Chaves
A Web Crypto API permite importar e exportar chaves em vários formatos, como:
- JWK (JSON Web Key): Um formato baseado em JSON para representar chaves criptográficas.
- PKCS#8: Um formato padrão para armazenar chaves privadas.
- SPKI (Subject Public Key Info): Um formato padrão para armazenar chaves públicas.
A importação e exportação de chaves pode ser útil para transferir chaves entre diferentes sistemas ou para fazer backup de chaves.
Encapsulamento e Desencapsulamento de Chaves
O encapsulamento de chaves (key wrapping) é o processo de criptografar uma chave com outra chave (a chave de encapsulamento). Isso pode ser usado para proteger as chaves enquanto estão armazenadas ou sendo transmitidas. A Web Crypto API suporta o encapsulamento e desencapsulamento de chaves usando algoritmos como AES-KW e RSA-OAEP.
Casos de Uso para a Web Crypto API
A Web Crypto API abre uma vasta gama de possibilidades para a construção de aplicações web seguras. Aqui estão alguns casos de uso comuns:
- Criptografia do Lado do Cliente: Criptografar dados sensíveis no navegador antes de enviá-los ao servidor. Isso pode proteger os dados contra espionagem e acesso não autorizado.
- Autenticação Segura: Implementar mecanismos de autenticação seguros usando assinaturas digitais e protocolos de troca de chaves.
- Verificações de Integridade de Dados: Usar algoritmos de hashing para verificar a integridade dos dados baixados do servidor.
- Comunicação Segura: Estabelecer canais de comunicação seguros usando criptografia e protocolos de troca de chaves.
- Gerenciamento de Direitos Digitais (DRM): Implementar esquemas de DRM para proteger conteúdo protegido por direitos autorais.
- Gerenciamento de Senhas: Implementar mecanismos seguros de armazenamento e recuperação de senhas. Usar PBKDF2 para fazer o hash de senhas no lado do cliente antes de enviá-las ao servidor.
Considerações de Segurança
Embora a Web Crypto API forneça uma ferramenta poderosa para construir aplicações web seguras, é importante estar ciente dos riscos de segurança potenciais e seguir as melhores práticas:
- Cross-Site Scripting (XSS): Ataques XSS podem comprometer a segurança da sua aplicação e permitir que invasores roubem dados sensíveis, incluindo chaves criptográficas. Proteja sua aplicação contra ataques XSS higienizando adequadamente a entrada do usuário e usando políticas de segurança de conteúdo (CSPs).
- Ataques Man-in-the-Middle (MITM): Ataques MITM podem interceptar e modificar o tráfego de rede, comprometendo potencialmente a confidencialidade e a integridade dos dados. Proteja sua aplicação contra ataques MITM usando HTTPS e verificando a autenticidade dos certificados do servidor.
- Ataques de Canal Lateral (Side-Channel): Ataques de canal lateral exploram informações vazadas durante as operações criptográficas, como variações de tempo ou consumo de energia, para recuperar chaves secretas. A Web Crypto API foi projetada para mitigar ataques de canal lateral, mas é importante estar ciente desse risco e usar as melhores práticas para a implementação criptográfica.
- Gerenciamento de Chaves: O gerenciamento seguro de chaves é crucial para a segurança de qualquer sistema criptográfico. Proteja suas chaves contra acesso não autorizado e garanta que sejam armazenadas e manuseadas com segurança.
- Seleção de Algoritmos: Escolha algoritmos criptográficos e tamanhos de chave que sejam apropriados para seus requisitos de segurança. Evite usar algoritmos fracos ou desatualizados. Consulte especialistas em segurança para determinar os melhores algoritmos para sua aplicação.
- Atualizações Regulares: Mantenha seu navegador e bibliotecas JavaScript atualizados com os patches de segurança mais recentes. Vulnerabilidades nesses componentes podem comprometer a segurança da sua aplicação.
Melhores Práticas para Usar a Web Crypto API
Aqui estão algumas melhores práticas para usar a Web Crypto API:
- Use HTTPS: Sempre use HTTPS para proteger sua aplicação contra ataques MITM.
- Higienize a Entrada do Usuário: Higienize adequadamente a entrada do usuário para prevenir ataques XSS.
- Use Políticas de Segurança de Conteúdo (CSPs): Use CSPs para restringir os recursos que sua aplicação pode carregar, mitigando o risco de ataques XSS.
- Escolha Algoritmos Fortes: Selecione algoritmos criptográficos fortes e tamanhos de chave apropriados para seus requisitos de segurança.
- Implemente um Gerenciamento Seguro de Chaves: Implemente práticas seguras de gerenciamento de chaves para proteger suas chaves contra acesso não autorizado.
- Mantenha seu Software Atualizado: Mantenha seu navegador e bibliotecas JavaScript atualizados com os patches de segurança mais recentes.
- Teste sua Aplicação Exaustivamente: Teste sua aplicação exaustivamente para identificar e corrigir possíveis vulnerabilities de segurança.
- Considere Usar uma Biblioteca de Criptografia: Embora a Web Crypto API seja poderosa, usar uma biblioteca de criptografia bem-vetada (como TweetNaCl.js ou CryptoJS) pode fornecer segurança e conveniência adicionais. Essas bibliotecas geralmente lidam com detalhes de baixo nível e casos extremos, reduzindo o risco de erros.
Exemplos da Web Crypto API em Ação
Vamos considerar alguns exemplos do mundo real onde a Web Crypto API pode ser usada para aprimorar a segurança e a privacidade:
Aplicação de Mensagens Seguras
Uma aplicação de mensagens seguras pode usar a Web Crypto API para criptografar mensagens no lado do cliente antes de enviá-las ao servidor. Isso garante que apenas o destinatário pretendido possa ler as mensagens, mesmo que o servidor seja comprometido. Os usuários poderiam gerar pares de chaves, criptografar mensagens com a chave pública do destinatário e assinar mensagens com sua própria chave privada. O destinatário então usaria sua chave privada para descriptografar a mensagem e verificar a assinatura do remetente com a chave pública dele.
Armazenamento Seguro de Arquivos
Uma aplicação de armazenamento seguro de arquivos pode usar a Web Crypto API para criptografar arquivos no lado do cliente antes de enviá-los ao servidor. Isso protege os arquivos contra acesso não autorizado, mesmo que o servidor seja comprometido. Os usuários poderiam gerar chaves de criptografia, criptografar arquivos com essas chaves e, em seguida, armazenar com segurança os arquivos criptografados juntamente com as chaves (talvez encapsulando as chaves para proteção adicional). Quando um usuário quisesse acessar um arquivo, a aplicação recuperaria o arquivo criptografado e a chave correspondente, descriptografaria o arquivo no lado do cliente e o exibiria ao usuário.
Tópicos Avançados
Além do básico, a Web Crypto API oferece vários recursos avançados para casos de uso especializados:
- Funções de Derivação de Chave (KDFs): KDFs são usadas para derivar chaves criptográficas de senhas ou outros valores secretos. A Web Crypto API suporta PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2), uma KDF amplamente utilizada para derivação de chaves baseada em senha.
- Criptografia Autenticada: Algoritmos de criptografia autenticada, como AES-GCM e ChaCha20-Poly1305, fornecem tanto confidencialidade quanto integridade. Eles criptografam os dados e também geram uma tag de autenticação que pode ser usada para verificar a integridade dos dados.
- Criptografia de Curva Elíptica (ECC): ECC é um tipo de criptografia assimétrica baseada em curvas elípticas. A Web Crypto API suporta ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) e ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman), que são comumente usados para assinaturas digitais e troca de chaves.
Conclusão
A Web Crypto API fornece uma maneira poderosa e padronizada de realizar operações criptográficas diretamente no navegador. Isso permite que os desenvolvedores construam aplicações web seguras sem depender do processamento do lado do servidor para tarefas sensíveis. Ao entender os conceitos fundamentais da Web Crypto API, seguir as melhores práticas e estar ciente dos riscos de segurança potenciais, você pode aproveitar esta ferramenta poderosa para aprimorar a segurança e a privacidade de suas aplicações web. À medida que as aplicações web se tornam cada vez mais sofisticadas e lidam com mais dados sensíveis, a Web Crypto API desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e privacidade da web.