详解SpringBoot是如何保证接口安全的

为什么要保证接口安全

对于互联网来说,只要你系统的接口会暴露在外网,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。

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。

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
@Builder
public class RequestHeader {
 private String sign ;
 private Long timestamp ;
 private String nonce;
}

2、工具类从HttpServletRequest获取请求参数

@Slf4j
@UtilityClass
public class HttpDataUtil {
 /**
 * post请求处理:获取 Body 参数,转换为SortedMap
 *
 * @param request
 */
 public SortedMap<String, String> 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<String, String> getUrlParams(HttpServletRequest request) {
 String param = "";
 SortedMap<String, String> 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
@UtilityClass
public 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<String, String> 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

@Configuration
public class SignFilterConfiguration {
 @Value("${sign.maxTime}")
 private String signMaxTime;
​
 //filter中的初始化参数
 private Map<String, String> 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();
 }
}
@Slf4j
public 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-";
​
 @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<String, String> 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<Object> resultData = ResultData.fail(returnCode.getCode(), returnCode.getMessage());
 WebUtils.writeJson(httpResponse,resultData);
 }
​
 @Override
 public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
 String signTime = filterConfig.getInitParameter("signMaxTime");
 signMaxTime = Long.parseLong(signTime);
 }
}

6、Redis工具类

@Component
public class RedisUtil {
 @Resource
 private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
​
 /**
 * 判断key是否存在
 * @param key 键
 * @return true 存在 false不存在
 */
 public boolean hasKey(String key) {
 try {
 return Boolean.TRUE.equals(redisTemplate.hasKey(key));
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 return false;
 }
 }
​
​
 /**
 * 普通缓存放入并设置时间
 * @param key 键
 * @param value 值
 * @param time 时间(秒) time要大于0 如果time小于等于0 将设置无限期
 * @return true成功 false 失败
 */
 public boolean set(String key, Object value, long time) {
 try {
 if (time > 0) {
 redisTemplate.opsForValue().set(key, value, time, TimeUnit.SECONDS);
 } else {
 set(key, value);
 }
 return true;
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 return false;
 }
 }
​
 /**
 * 普通缓存放入
 * @param key 键
 * @param value 值
 * @return true成功 false失败
 */
 public boolean set(String key, Object value) {
 try {
 redisTemplate.opsForValue().set(key, value);
 return true;
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 return false;
 }
 }
​
}
作者:飘渺Jam

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