天天热消息：[云原生]接口安全方案提供和实践

2023-03-30 22:25:27 来源：腾讯云

为什么要保证接口安全

对于互联网来说，只要你系统的接口暴露在外网，就避免不了接口安全问题。如果你的接口在外网裸奔，只要让黑客知道接口的地址和参数就可以调用，那简直就是灾难。

举个例子：你的网站用户注册的时候，需要填写手机号，发送手机验证码，如果这个发送验证码的接口没有经过特殊安全处理，那这个短信接口早就被人盗刷不知道浪费多少钱了。

(资料图)

那如何保证接口安全呢？

一般来说，暴露在外网的api接口需要做到防篡改和防重放才能称之为安全的接口。

防篡改

我们知道http 是一种无状态的协议，服务端并不知道客户端发送的请求是否合法，也并不知道请求中的参数是否正确。

举个例子, 现在有个充值的接口，调用后可以给用户增加对应的余额。

http://localhost/api/user/recharge?user_id=1001&amount=10

如果非法用户通过抓包获取到接口参数后，修改user_id 或 amount的值就可以实现给任意账户添加余额的目的。

1，如何解决

采用https协议可以将传输的明文进行加密，但是黑客仍然可以截获传输的数据包，进一步伪造请求进行重放攻击。如果黑客使用特殊手段让请求方设备使用了伪造的证书进行通信，那么https加密的内容也会被解密。

一般的做法有2种：

采用https方式把接口的数据进行加密传输，即便是被黑客破解，黑客也花费大量的时间和精力去破解。接口后台对接口的请求参数进行验证，防止被黑客篡改；步骤1：客户端使用约定好的秘钥对传输的参数进行加密，得到签名值sign1，并且将签名值也放入请求的参数中，发送请求给服务端步骤2：服务端接收到客户端的请求，然后使用约定好的秘钥对请求的参数再次进行签名，得到签名值sign2。步骤3：服务端比对sign1和sign2的值，如果不一致，就认定为被篡改，非法请求。

防重放

防重放也叫防复用。简单来说就是我获取到这个请求的信息之后什么也不改,，直接拿着接口的参数去 重复请求这个充值的接口。此时我的请求是合法的, 因为所有参数都是跟合法请求一模一样的。重放攻击会造成两种后果：

针对插入数据库接口：重放攻击，会出现大量重复数据，甚至垃圾数据会把数据库撑爆。针对查询的接口：黑客一般是重点攻击慢查询接口，例如一个慢查询接口1s，只要黑客发起重放攻击，就必然造成系统被拖垮，数据库查询被阻塞死。

对于重放攻击一般有两种做法：

基于timestamp的方案

每次HTTP请求，都需要加上timestamp参数，然后把timestamp和其他参数一起进行数字签名。因为一次正常的HTTP请求，从发出到达服务器一般都不会超过60s，所以服务器收到HTTP请求之后，首先判断时间戳参数与当前时间比较，是否超过了60s，如果超过了则认为是非法请求。

一般情况下，黑客从抓包重放请求耗时远远超过了60s，所以此时请求中的timestamp参数已经失效了。如果黑客修改timestamp参数为当前的时间戳，则sign1参数对应的数字签名就会失效，因为黑客不知道签名秘钥，没有办法生成新的数字签名。

但是这种方式的漏洞也是显而易见，如果在60s之内进行重放攻击，那就没办法了，所以这种方式不能保证请求仅一次有效。

老鸟们一般会采取下面这种方案，既可以解决接口重放问题，又可以解决一次请求有效的问题。

基于nonce + timestamp 的方案

nonce的意思是仅一次有效的随机字符串，要求每次请求时该参数要保证不同。实际使用用户信息+时间戳+随机数等信息做个哈希之后，作为nonce参数。

此时服务端的处理流程如下：

去 redis 中查找是否有 key 为 nonce:{nonce}的 string如果没有，则创建这个 key，把这个 key 失效的时间和验证 timestamp 失效的时间一致，比如是 60s。如果有，说明这个 key 在 60s 内已经被使用了，那么这个请求就可以判断为重放请求。

这种方案nonce和timestamp参数都作为签名的一部分传到后端，基于timestamp方案可以让黑客只能在60s内进行重放攻击，加上nonce随机数以后可以保证接口只能被调用一次，可以很好的解决重放攻击问题。

代码实现

接下来以SpringBoot项目为例看看如何实现接口的防篡改和防重放功能。

1、构建请求头对象

@Data@Builderpublic class RequestHeader {   private String sign ;   private Long timestamp ;   private String nonce;}

2、工具类从HttpServletRequest获取请求参数

@Slf4j@UtilityClasspublic class HttpDataUtil {    /**     * post请求处理：获取 Body 参数，转换为SortedMap     *     * @param request     */    public  SortedMap getBodyParams(final HttpServletRequest request) throws IOException {        byte[] requestBody = StreamUtils.copyToByteArray(request.getInputStream());        String body = new String(requestBody);        return JsonUtil.json2Object(body, SortedMap.class);    }    /**     * get请求处理：将URL请求参数转换成SortedMap     */    public static SortedMap getUrlParams(HttpServletRequest request) {        String param = "";        SortedMap result = new TreeMap<>();        if (StringUtils.isEmpty(request.getQueryString())) {            return result;        }        try {            param = URLDecoder.decode(request.getQueryString(), "utf-8");        } catch (UnsupportedEncodingException e) {            e.printStackTrace();        }        String[] params = param.split("&");        for (String s : params) {            String[] array=s.split("=");            result.put(array[0], array[1]);        }        return result;    }}

这里的参数放入SortedMap中对其进行字典排序，前端构建签名时同样需要对参数进行字典排序。

3、签名验证工具类

@Slf4j@UtilityClasspublic class SignUtil {    /**     * 验证签名     * 验证算法：把timestamp + JsonUtil.object2Json(SortedMap)合成字符串，然后MD5     */    @SneakyThrows    public  boolean verifySign(SortedMap map, RequestHeader requestHeader) {        String params = requestHeader.getNonce() + requestHeader.getTimestamp() + JsonUtil.object2Json(map);        return verifySign(params, requestHeader);    }    /**     * 验证签名     */    public boolean verifySign(String params, RequestHeader requestHeader) {        log.debug("客户端签名: {}", requestHeader.getSign());        if (StringUtils.isEmpty(params)) {            return false;        }        log.info("客户端上传内容: {}", params);        String paramsSign = DigestUtils.md5DigestAsHex(params.getBytes()).toUpperCase();        log.info("客户端上传内容加密后的签名结果: {}", paramsSign);        return requestHeader.getSign().equals(paramsSign);    }}

4、HttpServletRequest包装类

public class SignRequestWrapper extends HttpServletRequestWrapper {    //用于将流保存下来    private byte[] requestBody = null;    public SignRequestWrapper(HttpServletRequest request) throws IOException {        super(request);        requestBody = StreamUtils.copyToByteArray(request.getInputStream());    }    @Override    public ServletInputStream getInputStream() throws IOException {        final ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(requestBody);        return new ServletInputStream() {            @Override            public boolean isFinished() {                return false;            }            @Override            public boolean isReady() {                return false;            }            @Override            public void setReadListener(ReadListener readListener) {            }            @Override            public int read() throws IOException {                return bais.read();            }        };    }    @Override    public BufferedReader getReader() throws IOException {        return new BufferedReader(new InputStreamReader(getInputStream()));    }}

防篡改和防重放我们会通过SpringBoot Filter来实现，而编写的filter过滤器需要读取request数据流，但是request数据流只能读取一次，需要自己实现HttpServletRequestWrapper对数据流包装，目的是将request流保存下来。

5、创建过滤器实现安全校验

@Configurationpublic class SignFilterConfiguration {    @Value("${sign.maxTime}")    private String signMaxTime;    //filter中的初始化参数    private Map initParametersMap =  new HashMap<>();    @Bean    public FilterRegistrationBean contextFilterRegistrationBean() {        initParametersMap.put("signMaxTime",signMaxTime);        FilterRegistrationBean registration = new FilterRegistrationBean();        registration.setFilter(signFilter());        registration.setInitParameters(initParametersMap);        registration.addUrlPatterns("/sign/*");        registration.setName("SignFilter");        // 设置过滤器被调用的顺序        registration.setOrder(1);        return registration;    }    @Bean    public Filter signFilter() {        return new SignFilter();    }}

@Slf4jpublic class SignFilter implements Filter {    @Resource    private RedisUtil redisUtil;    //从fitler配置中获取sign过期时间    private Long signMaxTime;    private static final String NONCE_KEY = "x-nonce-";    @Override    public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {        HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) servletRequest;        HttpServletResponse httpResponse = (HttpServletResponse) servletResponse;        log.info("过滤URL:{}", httpRequest.getRequestURI());        HttpServletRequestWrapper requestWrapper = new SignRequestWrapper(httpRequest);        //构建请求头        RequestHeader requestHeader = RequestHeader.builder()                .nonce(httpRequest.getHeader("x-Nonce"))                .timestamp(Long.parseLong(httpRequest.getHeader("X-Time")))                .sign(httpRequest.getHeader("X-Sign"))                .build();        //验证请求头是否存在        if(StringUtils.isEmpty(requestHeader.getSign()) || ObjectUtils.isEmpty(requestHeader.getTimestamp()) || StringUtils.isEmpty(requestHeader.getNonce())){            responseFail(httpResponse, ReturnCode.ILLEGAL_HEADER);            return;        }        /*         * 1.重放验证         * 判断timestamp时间戳与当前时间是否操过60s（过期时间根据业务情况设置）,如果超过了就提示签名过期。         */        long now = System.currentTimeMillis() / 1000;        if (now - requestHeader.getTimestamp() > signMaxTime) {            responseFail(httpResponse,ReturnCode.REPLAY_ERROR);            return;        }        //2. 判断nonce        boolean nonceExists = redisUtil.hasKey(NONCE_KEY + requestHeader.getNonce());        if(nonceExists){            //请求重复            responseFail(httpResponse,ReturnCode.REPLAY_ERROR);            return;        }else {            redisUtil.set(NONCE_KEY+requestHeader.getNonce(), requestHeader.getNonce(), signMaxTime);        }        boolean accept;        SortedMap paramMap;        switch (httpRequest.getMethod()){            case "GET":                paramMap = HttpDataUtil.getUrlParams(requestWrapper);                accept = SignUtil.verifySign(paramMap, requestHeader);                break;            case "POST":                paramMap = HttpDataUtil.getBodyParams(requestWrapper);                accept = SignUtil.verifySign(paramMap, requestHeader);                break;            default:                accept = true;                break;        }        if (accept) {            filterChain.doFilter(requestWrapper, servletResponse);        } else {            responseFail(httpResponse,ReturnCode.ARGUMENT_ERROR);            return;        }    }    private void responseFail(HttpServletResponse httpResponse, ReturnCode returnCode)  {        ResultData