大家好！我是你们今天的代码完整性讲师，暂且叫我“校验侠”吧！今天咱们不搞那些虚头巴脑的，直接上干货，聊聊反篡改技术中的代码校验和哈希算法，尤其是如何在WebAssembly（Wasm）的世界里玩转代码完整性校验。
开场白：代码的“身份证”——校验和与哈希算法
想象一下，你的代码就像一个快递包裹，从你这里发出，经过千山万水，最终到达用户手中。在这个过程中，谁能保证包裹完好无损，没有被“掉包”或者“篡改”呢？ 这时候，就需要一个“身份证”，也就是校验和或哈希值，来验证代码的完整性。
简单来说，校验和和哈希算法就是把一段代码（或者任何数据）“压缩”成一个固定长度的字符串，这个字符串就像代码的“指纹”。 如果代码被篡改了哪怕一个字节，这个“指纹”也会发生天翻地覆的变化。
第一部分：校验和算法：简单粗暴的“加法器”
校验和算法是最简单的一种完整性校验方式，它的基本思想就是把代码中的每个字节加起来，得到一个总和，然后把这个总和作为校验和。
1.1 简单的校验和算法实现（Python）
def simple_checksum(data):
"""
计算一个简单的校验和。
"""
checksum = 0
for byte in data:
checksum = (checksum + byte) & 0xFF # 防止溢出，只保留低8位
return checksum
# 示例
data = b"Hello, world!"
checksum = simple_checksum(data)
print(f"Data: {data}")
print(f"Simple Checksum: {checksum}")代码解释：
simple_checksum(data)函数接收一个字节串data作为输入。- 它遍历
data中的每个字节，并将其加到checksum变量中。 checksum = (checksum + byte) & 0xFF这行代码的关键在于& 0xFF，它的作用是只保留checksum的低 8 位。 这是为了防止checksum的值过大，导致溢出。- 最后，函数返回计算得到的
checksum值。
1.2 校验和的缺陷
校验和算法的优点是简单快速，但是它的安全性很低，很容易被破解。 例如，如果攻击者对代码进行了一些修改，但是保证修改后的字节之和与原始字节之和相同，那么校验和就无法检测到这种篡改。
举个例子：
假设原始数据是 [1, 2, 3]，校验和是 6。 攻击者可以将数据修改为 [2, 1, 3]，校验和仍然是 6，但是数据已经发生了改变。
第二部分：哈希算法：更安全的“指纹”
哈希算法是一种比校验和算法更复杂的完整性校验方式。 它的特点是：
- 单向性： 只能从原始数据计算出哈希值，但是无法从哈希值反推出原始数据。
- 抗碰撞性： 很难找到两个不同的数据，它们的哈希值相同。 （注意是很难，不是绝对不可能，理论上一定存在碰撞，只是概率极低）
- 确定性： 相同的输入数据，每次计算出的哈希值都相同。
2.1 常见的哈希算法
- MD5 (Message Digest Algorithm 5)： 曾经非常流行，但是现在已经被证明存在安全漏洞，不建议使用。
- SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1)： 和 MD5 类似，也存在安全漏洞，不建议使用。
- SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit)： 一种广泛使用的安全哈希算法，安全性较高。
- SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3)： 一种新的哈希算法，由 NIST (美国国家标准与技术研究院) 设计，旨在替代 SHA-2。
2.2 使用 SHA-256 计算哈希值（Python）
import hashlib
def sha256_hash(data):
"""
使用 SHA-256 算法计算哈希值。
"""
sha256_hasher = hashlib.sha256()
sha256_hasher.update(data)
hash_value = sha256_hasher.hexdigest()
return hash_value
# 示例
data = b"Hello, world!"
hash_value = sha256_hash(data)
print(f"Data: {data}")
print(f"SHA-256 Hash: {hash_value}")代码解释：
sha256_hash(data)函数接收一个字节串data作为输入。hashlib.sha256()创建一个 SHA-256 哈希对象。sha256_hasher.update(data)将数据传递给哈希对象进行计算。hash_value = sha256_hasher.hexdigest()获取计算得到的哈希值，并将其转换为十六进制字符串。- 最后，函数返回计算得到的哈希值。
2.3 哈希算法的应用场景
哈希算法在反篡改技术中有很多应用场景，例如：
- 文件完整性校验： 下载文件后，可以计算文件的哈希值，并与官方提供的哈希值进行比较，以验证文件是否被篡改。
- 数字签名： 使用私钥对文件的哈希值进行签名，然后将签名和文件一起发布。 用户可以使用公钥验证签名的有效性，以确认文件是由指定的作者发布的，并且没有被篡改。
- 密码存储： 不直接存储用户的密码，而是存储密码的哈希值。 当用户登录时，计算用户输入的密码的哈希值，并与数据库中存储的哈希值进行比较。 这样可以防止攻击者获取用户的密码。
第三部分：WebAssembly (Wasm) 中的代码完整性校验
WebAssembly 是一种可移植、体积小、加载快并且可以在 Web 上运行的二进制指令格式。 由于 Wasm 代码可以在客户端运行，因此代码完整性校验尤为重要。
3.1 为什么需要在 Wasm 中进行代码完整性校验？
- 防止恶意代码注入： 攻击者可能会尝试修改 Wasm 代码，注入恶意代码，例如窃取用户数据或者进行恶意攻击。
- 确保代码来源可靠： 用户需要确认 Wasm 代码是由可信的来源发布的，而不是被恶意第三方篡改过的。
- 增强应用安全性： 通过代码完整性校验，可以提高 Web 应用的整体安全性，防止各种攻击。
3.2 基于哈希算法的 Wasm 代码完整性校验方案
一个常见的 Wasm 代码完整性校验方案是：
-
在代码发布者端：
- 使用哈希算法（例如 SHA-256）计算 Wasm 代码的哈希值。
- 将哈希值与 Wasm 代码一起发布。 可以将哈希值嵌入到 HTML 文件中，或者存储在单独的文件中。
- 可以使用数字签名对哈希值进行签名，以确保哈希值没有被篡改。
-
在客户端：
- 下载 Wasm 代码和哈希值。
- 使用相同的哈希算法计算 Wasm 代码的哈希值。
- 将计算得到的哈希值与发布者提供的哈希值进行比较。
- 如果两个哈希值相同，则说明 Wasm 代码是完整的，没有被篡改。 否则，说明 Wasm 代码可能已经被篡改，应该拒绝执行。
- 如果发布者对哈希值进行了数字签名，则需要使用公钥验证签名的有效性，以确认哈希值是由可信的来源发布的。
3.3 Wasm 代码完整性校验的实现示例 (JavaScript)
async function verifyWasmIntegrity(wasmUrl, expectedHash) {
try {
const response = await fetch(wasmUrl);
const wasmBuffer = await response.arrayBuffer();
// 计算 Wasm 代码的 SHA-256 哈希值
const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', wasmBuffer);
const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
const computedHash = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
// 比较计算得到的哈希值和期望的哈希值
if (computedHash === expectedHash) {
console.log("Wasm 代码完整性校验通过!");
// 将 ArrayBuffer 转换为 Uint8Array
const uint8Array = new Uint8Array(wasmBuffer);
// 加载 Wasm 模块
const module = await WebAssembly.compile(uint8Array);
const instance = await WebAssembly.instantiate(module);
return instance; // 返回 Wasm 实例
} else {
console.error("Wasm 代码完整性校验失败!");
throw new Error("Wasm 代码完整性校验失败!");
}
} catch (error) {
console.error("Wasm 代码加载或校验出错:", error);
throw error; // 重新抛出错误，以便调用者处理
}
}
// 示例用法
const wasmUrl = 'my_wasm_module.wasm'; // 替换为你的 Wasm 文件 URL
const expectedHash = 'e5b7e4c28b9b0a6d76c5d9e3a7f8f2a6b1c0e9d2a8b3c7e5f4d2b1a0c9e8f7d6'; // 替换为你的 Wasm 文件的 SHA-256 哈希值
verifyWasmIntegrity(wasmUrl, expectedHash)
.then(instance => {
// Wasm 代码加载和校验成功，可以使用 Wasm 实例
console.log("Wasm 模块加载成功!");
// 假设 Wasm 模块导出一个名为 'add' 的函数
const addFunction = instance.exports.add;
if (addFunction) {
const result = addFunction(5, 3);
console.log("Wasm 函数 add(5, 3) 的结果:", result);
} else {
console.warn("Wasm 模块没有导出 'add' 函数");
}
})
.catch(error => {
// Wasm 代码加载或校验失败
console.error("Wasm 代码加载失败:", error);
});代码解释：
verifyWasmIntegrity(wasmUrl, expectedHash)函数接收 Wasm 文件的 URL 和期望的 SHA-256 哈希值作为输入。fetch(wasmUrl)从指定的 URL 下载 Wasm 文件。response.arrayBuffer()将响应数据转换为 ArrayBuffer 对象。crypto.subtle.digest('SHA-256', wasmBuffer)使用 Web Crypto API 计算 ArrayBuffer 的 SHA-256 哈希值。- 将哈希值转换为十六进制字符串，并与期望的哈希值进行比较。
- 如果两个哈希值相同，则使用
WebAssembly.compile()和WebAssembly.instantiate()加载 Wasm 模块，并返回 Wasm 实例。 - 如果两个哈希值不同，则抛出一个错误，说明 Wasm 代码已经被篡改。
3.4 如何生成 Wasm 文件的哈希值
可以使用多种工具生成 Wasm 文件的哈希值，例如：
-
OpenSSL: 一个强大的密码学工具包，可以用于计算各种哈希值。
openssl dgst -sha256 my_wasm_module.wasm -
Python: 使用
hashlib模块计算哈希值。 （前面已经有例子） -
在线哈希计算器： 可以在网上找到很多在线哈希计算器，直接上传文件即可计算哈希值。
3.5 更高级的 Wasm 代码完整性校验方案
除了基于哈希算法的校验方案之外，还有一些更高级的 Wasm 代码完整性校验方案，例如：
- 数字签名： 使用数字签名对 Wasm 代码进行签名，可以提供更高的安全性。
- 代码混淆： 对 Wasm 代码进行混淆，可以增加攻击者篡改代码的难度。
- 沙箱环境： 在沙箱环境中运行 Wasm 代码，可以限制 Wasm 代码的访问权限，防止恶意代码执行。
第四部分：安全性考量与最佳实践
- 选择安全的哈希算法： 避免使用 MD5 和 SHA-1 等已经被证明存在安全漏洞的哈希算法。 推荐使用 SHA-256 或 SHA-3 等安全性更高的哈希算法。
- 保护哈希值： 确保哈希值本身没有被篡改。 可以使用数字签名对哈希值进行签名，或者将哈希值存储在安全的位置。
- 定期更新哈希值： 如果 Wasm 代码发生了更改，需要重新计算哈希值，并更新存储的哈希值。
- 结合其他安全措施： 代码完整性校验只是安全措施的一部分，需要结合其他安全措施，例如代码混淆、沙箱环境等，才能提高 Web 应用的整体安全性。
- 使用HTTPS:确保Wasm模块是通过HTTPS安全连接下载的，防止中间人攻击篡改Wasm模块。
- Subresource Integrity (SRI): 使用SRI属性来验证从CDN下载的Wasm模块的完整性。SRI允许浏览器在下载资源时验证其哈希值，确保资源未被篡改。
代码示例(HTML中使用SRI)：
<script>
// 加载Wasm模块
WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('my_wasm_module.wasm'), importObject)
.then(results => {
// 使用Wasm模块
});
</script>
<link rel="stylesheet" href="style.css"
integrity="sha384-oqVuAfW9rCWvqqnAawLgKECPt9fwdqLdeYVND5cdFwiY36wrnjcUgRm2e9jy7PBk"
crossorigin="anonymous">第五部分：总结
代码完整性校验是反篡改技术中的一个重要组成部分。 通过使用校验和和哈希算法，可以有效地检测代码是否被篡改，从而提高 Web 应用的安全性。 在 WebAssembly 的世界里，代码完整性校验尤为重要，因为 Wasm 代码可以在客户端运行，更容易受到攻击。 希望今天的讲座能够帮助大家更好地理解代码完整性校验的原理和实现方式，并在实际开发中应用这些技术，保护你的代码安全。
结束语：
代码安全，人人有责！ 让我们一起努力，打造更安全的 Web 世界！ 如果大家还有什么问题，欢迎随时提问！ 谢谢大家！