案例
有个真实案例，安全方案为：
- 线下向客户分配
clientId和secretKey。 - 请求参数会附加上
clientId=xxx&ts=xxx&sign=xxx，其中： ts为请求时的时间戳，跟服务器的收到请求时的时间戳不能超过1分钟。sign为签名串，签名规则是sign = sha256(clientId + "," + secretKey + "," + ts)。- 数据以
HTTP body的方式明文发送。
以上方案有什么问题？
背景
随着Internet网的广泛应用，信息安全问题日益突出，系统间的接口交互，每个请求都有可能被抓取到数据、被伪造请求去获取数据或者攻击服务，所以接口安全至关重要。
API接口要做到：
- 防伪装攻击：第三方恶意调用接口。
- 防篡改攻击：请求在传输过程被修改。
- 防重放攻击：请求被截获后，被多次重放。
- 防数据信息泄漏：被截获到系统数据，例如账号、密码、交易信息等。
安全方案
重复校验：时间戳 + 流水号
不管数据加密算法做的多么好，如果没有防重放攻击措施，攻击者可以直接把抓取到的请求重复发送来攻击，所以接口需要对请求做重复校验。
可以在请求信息里加入：
- 加入时间戳，1分钟内有效。
- 加入流水号，流水号在时间戳有效时间范围内需保证唯一。
这两个信息缺一不可：
- 如果只有时间戳，那在有效时间戳范围内，请求就存在被重复请求的风险。
- 如果只有流水号，那就要把历史所有
流水号都永久存储起来，否则假如只存储最近3个月的数据，那3个月前的请求串就有被人拿出来重复请求的风险，但是永久存储数据的话，就存在存储成本高和查询性能(数据量大)问题。
签名
为了防篡改攻击，需要将传递的参数做一次校验，可以在请求信息里增加签名（sign），将请求的内容拼装和加密，服务端做同样的事情，然后将加密后的签名跟传过来的签名做等值比较。
常见的一种签名方式是：将请求参数&值按自然排序拼接后加密。例如：/test?a=5&c=1&b=3&z=value，那拼接后sign的值就是以下参数串加密后的结果：
a=5&b=3&c=1&nonce=7536080117&time=1618851899342&z=value注意这里也要将时间戳和流水号一起拼进去。
最终的请求串是：
/test?a=5&c=1&b=3&z=value&nonce=7536080117&time=1618851899342&sign=加密串这里有用到加密，就涉及的秘钥的问题，可以线下分配APP ID和secret，请求串里加上appId=xxx，让服务端可以通过appId查出secret，appId也参与到sign的加密内容里。
有了sign可以校验后，除非黑客知道了secret和加密算法，否则即使取到数据，也无法篡改/伪造数据。appId、time、nonce、sign也可以不拼接在url后，而是放在请求头Header里。
如果系统是以将数据串放在HTTP body里的方式传递，为了防止出现数据被篡改的风险（请求被拦截，然后拦截方将body数据修改，其他信息不改，之后再转到服务端），可以将body的内容一起拼接进签名中（后面会讲到加密，用了加密之后可以不拼接进签名中）。
加密
为了防止数据信息泄漏，我们需要将业务数据加密传输，同时签名里也有用到加密，这里就涉及到了加密算法。
- 对称加密：较传统的加密体制，通信双方在加/解密过程中使用他们共享的单一密钥，鉴于其算法简单和加密速度快的优点，目前仍然是主流的密码体制之一，但是相比非对称加密的安全性就没那么高。
- 非对称加密：它有一对秘钥（
公钥和私钥），通过公钥加密的内容，只有私钥才可以解开，而通过私钥加密的内容，只有公钥才可以解开；算法的密钥很长，具有较好的安全性，但加密的计算量很大，加密速度较慢限制了其应用范围。
为什么非对称加密比对称加密慢？
因为对称加密主要的运算是位运算，速度非常快，如果使用硬件计算，速度会更快。但是非对称加密计算一般都比较复杂，比如 RSA，它里面涉及到大数乘法、大数模等等运算，在电路上实现“加法”比异或要麻烦的多，况且后面还有一个模运算。
AES和RSA结合
由于RSA加解密速度慢，不适合大内容加密。如果使用AES对传输数据加密，使用RSA来加密AES的密钥，就可以综合发挥AES和RSA的优点同时避免它们缺点来实现一种新的数据加密方案。
最终方案
- 线下分配
APP ID、Secret和RSA公钥。 - 随机生成16位的
AES秘钥。 - 请求头加入
时间戳，1分钟内有效。 - 请求头加入
流水号，流水号在时间戳有效时间范围内需保证唯一。 - 请求头加入APP ID。
- 请求头加入
加密后的AES秘钥，通过RAS公钥加密。 - 请求头加入签名，签名算法为：AES加密(APPID + Secret + 加密后的AES秘钥 + 时间戳 + 流水号)。这里之所以额外加一个Secret，是假设被第三方拿到公钥，还有这一层保护。
- 请求body里的
业务数据传的是AES加密后的内容。
如果服务端返回的数据也需要做加密的话，就再加一套RSA秘钥：服务端用RAS公钥+随机生成的AES秘钥加密，请求方用RSA私钥解密。或者直接复用一套RAS秘钥也行，服务器用私钥加密，请求方用公钥解密，但是这样安全性会低一点。
伪代码：
// 提前分配好的信息：
String appId = "appId"; //分配的appId
String secret = "Secret"; //分配的Secret
String rasPublicKey = "rasPublicKey"; // RSA 公钥
// 请求时动态生成的信息：
long time = now(); // 时间戳
String nonce = uuid(); //流水号，保证唯一
String aesSecret = randomString(16); //随机生成16位AES秘钥
String encodeAesSecret = ras(aesSecret, rasPublicKey); // 对AES秘钥做RAS加密
String sign = aes(appId + ":" + secret + ":" + time + ":" + nonce + ":" + encodeAesSecret, encodeAesSecret); // 生成签名，这里可以将body一起拼接进来
headers.header("appId", appId) // header放入鉴权信息
.header("time", time)
.header("nonce", nonce)
.header("sign", encodeSign)
.header("secretKey", encodeSecret);
String body = "body";
String encodeBody = ase(body, encodeAesSecret);
post(url, encodeBody, headers); // 请求案例回顾
前面真实案例的问题是：
- 在有效期的一分钟内，可以无限制重放请求。
- 攻击者拦截了请求，即使不知道
算法和秘钥，也可以在不改sign的情况下，修改body里的数据，再重新发送。 SHA为哈希算法，假如算法和秘钥泄漏，则攻击者会成为上帝，可以任意的拦截、篡改请求，获取请求数据和返回数据。
示例代码
加密工具类
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
/**
* @author
* @data
* @description
*/
public class SecurityUtils {
private static final String DEFAULT_CODING = "UTF-8";
private static final String AES_ALGORITHM = "AES";
private static final String RSA_ALGORITHM = "RSA";
private static final int RSA_KEYSIZE = 1024;
/**
* 填充方式
*/
private static final String AES_CIPHER_PADDING = "AES/ECB/PKCS5Padding";
private static final int PASSWORD_LENGTH = 16;
private SecurityUtils() {
}
/**
* AES加密
*
* @param content
* @param password
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
public static String aes128Encrypt(String content, String password) {
try {
checkPassword(password);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CIPHER_PADDING);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, buildAes128SecretKey(password));
byte[] result = cipher.doFinal(getContentByte(content));
return encodeContentByte(result);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("aes 128 encrypt error!", e);
}
}
/**
* @param content
* @param password
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
public static String aes128Decrypt(String content, String password) {
try {
checkPassword(password);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CIPHER_PADDING);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, buildAes128SecretKey(password));
byte[] result = cipher.doFinal(decodeContentByte(content));
return new String(result, DEFAULT_CODING);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("aes 128 decrypt error!", e);
}
}
/**
* @param password
* @author
* @date
*/
private static void checkPassword(String password) {
if (StringUtils.isBlank(password) || StringUtils.length(password) != PASSWORD_LENGTH) {
throw new IllegalArgumentException("Password not available!");
}
}
/**
* 生成加密秘钥
*
* @param password
* @return javax.crypto.spec.SecretKeySpec
* @author
* @date
*/
private static SecretKeySpec buildAes128SecretKey(String password) {
try {
//返回生成指定算法密钥生成器的 KeyGenerator 对象
KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance(AES_ALGORITHM);
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
random.setSeed(password.getBytes(DEFAULT_CODING));
kgen.init(128, random);
SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
return new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), AES_ALGORITHM);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("build aes 128 secret key error!", e);
}
}
/**
* @return com.example.laboratory.security.util.SecurityUtils.RsaKey
* @author
* @date
*/
public static RsaKey generateRsaKey() {
KeyPairGenerator keyPairGen;
try {
keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(RSA_ALGORITHM);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new RuntimeException("generate rsa key error!", e);
}
keyPairGen.initialize(RSA_KEYSIZE);
KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
return new RsaKey(encodeContentByte(publicKey.getEncoded()), encodeContentByte(privateKey.getEncoded()));
}
/**
* @param publicKey
* @return java.security.PublicKey
* @author
* @date
*/
private static PublicKey buildRsaPublicKey(String publicKey) {
try {
//通过X509编码的Key指令获得公钥对象
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(decodeContentByte(publicKey));
return keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("build rsa public key error!", e);
}
}
/**
* @param privateKey
* @return java.security.PrivateKey
* @author
* @date
*/
private static PrivateKey buildRsaPrivateKey(String privateKey) {
try {
//通过PKCS#8编码的Key指令获得私钥对象
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(decodeContentByte(privateKey));
return keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("build rsa private key error!", e);
}
}
/**
* RSA默认对加密内容有最大限制,超出限制会出现"IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes"
* 如果要对长内容做加密，就用RSA分段加密的方式
*
* @param content
* @param publicKey
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
public static String rsaPublicEncrypt(String content, String publicKey) {
try {
Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, buildRsaPublicKey(publicKey));
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(getContentByte(content));
return encodeContentByte(encryptedData);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("rsa public encrypt error!", e);
}
}
/**
* @param content
* @param privateKey
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
public static String rsaPrivateDecrypt(String content, String privateKey) {
try {
Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, buildRsaPrivateKey(privateKey));
byte[] decryptData = cipher.doFinal(decodeContentByte(content));
return new String(decryptData, DEFAULT_CODING);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("rsa public encrypt error!", e);
}
}
/**
* @param content
* @return byte[]
* @author
* @date
*/
private static byte[] getContentByte(String content) throws UnsupportedEncodingException {
return content.getBytes(DEFAULT_CODING);
}
/**
* @param bytes
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
private static String encodeContentByte(byte[] bytes) {
return Base64.encodeBase64String(bytes);
}
/**
* @param content
* @return byte[]
* @author
* @date
*/
private static byte[] decodeContentByte(String content) {
return Base64.decodeBase64(content);
}
/**
* @author
* @date
*/
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
static class RsaKey {
private String publicKey;
private String privateKey;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
String content = "测试DEMO";
System.out.println("-------AES-------");
String password = "123456789abcdefg";
String encrypt = SecurityUtils.aes128Encrypt(content, password);
System.out.println("aes encrypt: " + encrypt);
System.out.println(SecurityUtils.aes128Decrypt(encrypt, password));
System.out.println("-------RSA-------");
RsaKey rsaKey = SecurityUtils.generateRsaKey();
System.out.println("ras public key:" + rsaKey.getPublicKey());
System.out.println("ras private key:" + rsaKey.getPrivateKey());
encrypt = SecurityUtils.rsaPublicEncrypt(content, rsaKey.getPublicKey());
System.out.println("rsa encrypt: " + encrypt);
System.out.println(SecurityUtils.rsaPrivateDecrypt(encrypt, rsaKey.getPrivateKey()));
}
}测试用例：服务端接口
import com.example.laboratory.security.util.SecurityUtils;
import com.google.common.cache.CacheBuilder;
import com.google.common.cache.CacheLoader;
import com.google.common.cache.LoadingCache;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.StringJoiner;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestHeader;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
/**
* @author
* @date
*/
@RestController
@RequestMapping("/sign")
public class SignController {
public static String KEY_PUBLIC = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQD0dxq1W8t3rAmZSHRLAddGAWtX5wlDdtLXHoC5MUkXO6EFO/b+z+8jPfqxr4hgnnPseIM7qRx78sEKfI0iu/HzbfBz7uctF5+PU9m7axYfpHDHrl/59bdHBXiIA9/9UMcy+3aDEU6B4lnkhrJWD8OLUOrgWuy/uaQmGB3Dm0m6wwIDAQAB";
public static String KEY_PRIVATE = "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";
public static String APP_ID = "testApp";
// 假设被拿到公钥，还有这一层保护
public static String APP_SECRET = "testSecret123456";
/**
* 请求允许时间差
*/
private static int TIME_RANGE_MINUTES = 2;
/**
* 签名：唯一标识串前缀
*/
private static String SIGN_UQKEY_PREFIX = "SIGN:";
private LoadingCache<String, String> signCache;
private Map<String, AppData> appCache;
/**
* @author
* @date
*/
public SignController() {
signCache = CacheBuilder.newBuilder()
.refreshAfterWrite(TIME_RANGE_MINUTES * 60 + 1, TimeUnit.SECONDS)
.build(new CacheLoader<String, String>() {
@Override
public String load(String key) {
return buildCacheUniqueValue(key);
}
});
appCache = new HashMap<>();
appCache.put(APP_ID, new AppData(APP_SECRET, KEY_PRIVATE));
}
/**
* @param requestBody
* @param sign
* @param appId
* @param time
* @param nonce
* @param encodeSecretKey
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
@PostMapping("/encode")
public String encode(@RequestBody String requestBody,
@RequestHeader("sign") String sign,
@RequestHeader("appId") String appId,
@RequestHeader("time") Long time,
@RequestHeader("nonce") String nonce,
@RequestHeader("secretKey") String encodeSecretKey) {
checkAccessFrequently(time);
String secretKey = decodeSecretKey(appId, encodeSecretKey);
checkSign(sign, appId, time, nonce, secretKey, encodeSecretKey);
checkUnique(appId, time, nonce);
return SecurityUtils.aes128Decrypt(requestBody, secretKey);
}
/**
* @param appId
* @param secretKey
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
private String decodeSecretKey(String appId, String secretKey) {
return SecurityUtils.rsaPrivateDecrypt(secretKey, appCache.get(appId).privateKey);
}
/**
* @param sign
* @param appId
* @param time
* @param nonce
* @param secretKey
* @param encodeSecretKey
* @author
* @date
*/
private void checkSign(String sign, String appId, Long time, String nonce, String secretKey,
String encodeSecretKey) {
String signStr = new StringJoiner(":")
.add(appId)
.add(appCache.get(appId).appSecret)
.add(encodeSecretKey)
.add(String.valueOf(time))
.add(nonce)
.toString();
String encodeSign = SecurityUtils.aes128Encrypt(signStr, secretKey);
if (!encodeSign.equals(sign)) {
throw new RuntimeException("签名错误！");
}
}
/**
* @param appId
* @param time
* @param nonce
* @author
* @date
*/
private void checkUnique(String appId, Long time, String nonce) {
String key = new StringJoiner(":")
.add(SIGN_UQKEY_PREFIX)
.add(appId)
.add(String.valueOf(time))
.add(nonce)
.toString();
if (signCache.getIfPresent(key) != null) {
throw new RuntimeException("请求重复！");
}
try {
if (!signCache.get(key).equals(buildCacheUniqueValue(key))) {
throw new RuntimeException("请求重复！");
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("判断请求是否重复异常！", e);
}
}
/**
* @param key
* @return java.lang.String
* @author
* @date
*/
private String buildCacheUniqueValue(String key) {
return key + ":" + Thread.currentThread().getName();
}
/**
* 判断访问时间戳是否在当前时间一分钟上下
*
* @param timestamp
* @author
* @date
*/
private void checkAccessFrequently(long timestamp) {
Date date = new Date(timestamp);
LocalDateTime localDateTime = date.toInstant().atZone(ZoneId.systemDefault()).toLocalDateTime();
LocalDateTime beforeDateTime = LocalDateTime.now().minusMinutes(TIME_RANGE_MINUTES);
LocalDateTime afterDateTime = LocalDateTime.now().plusMinutes(TIME_RANGE_MINUTES);
if (localDateTime.isBefore(beforeDateTime) || localDateTime.isAfter(afterDateTime)) {
throw new RuntimeException("请求时间戳超出范围！");
}
}
@Data
@AllArgsConstructor
static class AppData {
private String appSecret;
private String privateKey;
}
}测试用例：请求端单元测试
import com.example.laboratory.security.util.SecurityUtils;
import java.util.StringJoiner;
import lombok.SneakyThrows;
import org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils;
import org.junit.Assert;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
import org.springframework.test.web.servlet.request.MockHttpServletRequestBuilder;
/**
* @author
* @data
* @description
*/
public class SignControllerTest extends SimpleResultControllerTest {
private String aesSecretKey;
/**
* @author
* @date
*/
@Before
public void before() {
aesSecretKey = RandomStringUtils.randomNumeric(16);
}
/**
* @author
* @date
*/
@Test
@SneakyThrows
public void encode() {
String content = "{\"data1\":\"测试API接口安全校验\",\"data2\":" + RandomStringUtils.randomNumeric(10) + "}";
System.out.println(content);
String result = post("/sign/encode",
SecurityUtils.aes128Encrypt(content, aesSecretKey),
String.class);
Assert.assertEquals(result, content);
}
/**
* @param builder
* @author
* @date
*/
protected void replenishHttpServletRequestBuilder(MockHttpServletRequestBuilder builder) {
String appId = SignController.APP_ID;
long time = System.currentTimeMillis();
String nonce = RandomStringUtils.randomNumeric(10);
String encodeSecret = SecurityUtils.rsaPublicEncrypt(aesSecretKey, SignController.KEY_PUBLIC);
// 可以将body一起拼接进来
String signStr = new StringJoiner(":")
.add(SignController.APP_ID)
.add(SignController.APP_SECRET)
.add(encodeSecret)
.add(String.valueOf(time))
.add(nonce)
.toString();
String encodeSign = SecurityUtils.aes128Encrypt(signStr, aesSecretKey);
builder.header("appId", appId)
.header("time", time)
.header("nonce", nonce)
.header("sign", encodeSign)
.header("secretKey", encodeSecret);
}
}web端方案
如果是web端接口交互，可以参考以下阿里、京东的做法：
《京东post登陆参数js分析，密码加密的RSA加密实现》
《淘宝sign加密算法》
参考
《接口非对称加密+Retrofit2》
《Android采用AES+RSA的加密机制对http请求进行加密》
《支付宝支付加密规则梳理，写的太好了！》
《阿里一面：如何保证API接口数据安全？》
java
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