java接口签名框架

1 接口签名的必要性

       在为第三方系统提供接口的时候，肯定要考虑接口数据的安全问题，比如数据是否被篡改，数据是否已经过时，数据是否可以重复提交等问题。其中我认为最终要的还是数据是否被篡改。

1.1 什么是重放攻击

      重放攻击，web漏洞中称会话重放漏洞，又称重播攻击、回放攻击。

      指的是先截取主机A发送给主机B的报文，入侵者把A请求B的报文原封不动地再发送一次，两次...n次，使主机B误以为入侵者就是主机A，然后进入到正常逻辑中并返回响应。如果是付款接口，或者购买接口就会造成损失，因此需要采用防重放的机制来做请求验证，如请求参数上加上时间戳（timestamp）和随机数（nonce）。

1.2 HTTPS数据加密是否可以防止重放攻击

      不可以，加密可以有效防止明文数据被监听，但是却防止不了重放攻击。

1.3 开发中的appId、appKey、appSecret到底是什么

1.3.1 appId：应用的唯一标识

      用来标识你的开发者账号的,即:用户id,可以在数据库添加索引，方便快速查找，app_key和app_secret是一对出现的账号, 同一个appId可以对应多个appKey + appSecret，这样平台就可以分配你不一样的权限, 比如app_key1 + app_secect1只有只读权限，但是app_key2 + app_secret2有读写权限… 这样你就可以把对应的权限放给不同的开发者；其中权限的配置都是直接跟app_key做关联的，app_key也需要添加数据库检索,方便快速查找。

1.3.2 appKey：公匙（相当于账号）

      公开的，调用服务所需要的密钥。是用户的身份认证标识，用于调用平台可用服务，可以简单理解成是账号。

1.3.3 appSecret：私匙（相当于密码）

      签名的密钥，是跟appKey配套使用的，可以简单理解成是密码。

1.3.4 token：令牌（过期失效）

1.3.5 使用方法

      向第三方服务器请求授权时，带上AppKey和AppSecret（需存在服务器端）。

      第三方服务器验证appKey和appSecret在数据库、缓存中有没有记录；如果有，生成一串唯一的字符串（token令牌），返回给服务器，服务器再返回给客户端，后续客户端每次请求都需要带上token令牌。

1.3.6 为什么要有appKey+appSecret这种成对出现的机制

      因为要加密, 通常用在首次验证(类似登录场景), 用appKey(标记要申请的权限有哪些)+appSecret(密码,表示你真的拥有这个权限)来申请一个token, 就是我们经常用到的accessToken（通常拥有失效时间）,后续的每次请求都需要提供accessToken表明验证权限通过。

1.3.7 权限划分

      现在有了统一的appId，此时如果针对同一个业务要划分不同的权限，比如同一功能，某些场景需要只读权限，某些场景需要读写权限。这样提供一个appId和对应的秘钥appSecret就没办法满足需求。此时就需要根据权限进行账号分配，通常使用appKey和appSecret。

      由于appKey和appSecret是成对出现的账号，同一个appId可以对应多个 appKey + appSecret，这样平台就为不同的appKey + appSecret对分配不一样的权限。

1.3.8 简化的场景

      第一种场景：通常用于开放性接口，像地图api，会省去app_id和app_key，此时相当于三者相等，合而为一appId = appKey = appSecret。这种模式下，带上app_id的目的仅仅是统计某一个用户调用接口的次数而已。

      第二种场景：当每一个用户有且仅有一套权限配置可以去掉appKey，直接将app_id = app_key，每个用户分配一个appId + appSecret就够了。

      也可以采用签名(signature)的方式：当调用方向服务提供方法发起请求时，带上（appKey、时间戳timeStamp、随机数nonce、签名sign）签名sign可以使用 (appSecret + 时间戳 + 随机数)使用sha1、md5生成，服务提供方收到后，生成本地签名和收到的签名比对，如果一致，校验成功。

2 签名流程

3 签名规则

      分配appId(开发者标识)和appSecret(密钥)，给不同的调用方。

      可以直接通过平台线上申请，也可以线下直接颁发。appId是全局唯一的，每个appId将对应一个客户，密钥appSecret需要高度保密。

      加入timeStamp（时间戳），以服务端当前时间为准，单位为ms，5分钟内数据有效。间戳的目的就是为了减轻DOS攻击。防止请求被拦截后一直尝试请求接口。服务器端设置时间戳阀值，如果服务器时间 减 请求时间戳超过阀值，表示签名超时，接口调用失败。

      加入临时流水号nonce，至少为10位，有效期内防重复提交。

      随机值nonce主要是为了增加签名sign的多变性，也可以保护接口的幂等性，相邻的两次请求nonce不允许重复，如果重复则认为是重复提交，接口调用失败。

针对查询接口，流水号只用于日志落地，便于后期日志核查。

针对办理类接口需校验流水号在有效期内的唯一性，以避免重复请求。

通过在接口签名请求参数加上时间戳（timeStamp）+ 随机数（nonce）可以防止 “重放攻击”。

3.1 时间戳（timeStamp）

      以服务端当前时间为准，服务端要求客户端发过来的时间戳，必须是最近60秒内（假设值，自己定义）的。这样，即使这个请求即使被截取了，也只能在60s内进行重放攻击。

3.2 随机数（nonce）

      但是，即使设置了时间戳，攻击者还有60s的攻击时间呢！

      所以我们需要在客户端请求中再加上一个随机数（中间黑客不可能自己修改随机数，因为有参数签名的校验呢），服务端会对一分钟内请求的随机数进行检查，如果有两个相同的，基本可以判定为重放攻击。

      因为正常情况下，在短时间内（比如60s）连续生成两个相同nonce的情况几乎为0。

服务端“第一次”在接收到这个nonce的时候做下面行为：

1）去redis中查找是否有key为nonce:{ nonce}的数据

2）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。

3）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。

      加入签名字段sign，获取调用方传递的签名信息。

      通过在接口签名请求参数加上appId + sign解决身份验证和防止“参数篡改”。

1）请求携带参数appId和Sign，只有拥有合法的身份appId和正确的签名Sign才能放行。这样就解决了身份验证和参数篡改问题。

2）即使请求参数被劫持，由于获取不到appSecret（仅作本地加密使用，不参与网络传输），也无法伪造合法的请求。

4 签名的生成

4.1 签名signature字段生成规则

      鉴权参数 = 请求头签名参数(appId,timeStamp,nonce) + 请求URL地址(调用方请求接口完整url地址) + 请求Request参数(针对是Get请求时) + 请求Body(非针对是Get请求时 ,如Post请求)。

      先将鉴权参数以key-value的格式存储，并以key值正序排序，进行拼接。如: key1value1key2value2；最后将上面拼接的字符串在拼接应用密钥appSecret，如: key1value1key2value2 + appSecret；将最终拼接成的字符串转成utf-8的字节数组，后然后做Md5不可逆加密 Md5(key1value1key2value2 + appSecret) 得到的字符串作为签名signature。

4.2 请求参数描述

4.2.1 请求头

      请求头="appId=xxxx&nonce=xxxx&tamp=xxxx&sign=xxx"

      请求头中的4个参数是必须要传的，否则直接报异常。

4.2.2 请求URL

      请求该接口的完整地址。

4.2.3 请求数据

请求数据的拼接规则：

Path：按照path中的顺序将所有value进行拼接。

URL 路径参数指的是通过在 URL 的斜杠后面传递的参数。比如我们要访问id为2的project, 则可以访问/project/2这个URL。

Query：按照key的字典顺序排序，将所有key=value进行拼接。

查询字符串参数（query string）和 路径参数类似，你也可以通过查询字符串的形式传递id。查询字符串就是在url中通过?号后面加参数。比如/project/?id=2这种形式。

Form：按照key的字典顺序排序，将所有key=value进行拼接。

表示为表单请求时携带的数据。

Body：

表示是一个raw数据请求（纯字符串格式），比如json的方式传递。

Json: 按照key的字典顺序排序，将所有key=value进行拼接

（例如{“a”:“a”,“c”:“c”,“b”:{“e”:“e”}} => a=a_b=e=e_c=c）

String: 整个字符串作为一个拼接。

分别对应 SpringMvc提供的获取参数的注解：

@RequestParam：处理（前端）Content-Type为 application/x-www-form-urlencoded或者form-data编码的内容

@PathVariable：模板变量，一般用于get请求，即 XXX/{XXXid}

@RequestBody：常用来处理Content-Type为application/json, application/xml码的内容，前端规定的是raw方式。

如果存在多种数据形式，同种数据内按照上面描述的四种规则进行拼接，拼接好后，不同的数据格式则按照path、query、form、body的顺序进行二次拼接，得到所有数据最终的拼接值。

5 接口签名的实现

5.1 实现步骤

      基本原理其实也比较简单，就是自定义过滤器或者拦截器，对每个请求进行拦截处理，在服务端取到调用方的参数后按同样的签名规则进行匹配。

5.1.1 整体流程如下

1）验证请求头参与签名的必传参数；

2）获取请求头参数，Url请求路径 ,请求数据，把这些值放入SortMap中进行排序；

3）对SortMap里面的值进行拼接；

4）对拼接的值进行加密，生成签名sign；

5）把后台生成的签名sign和调用方传入的签名sign进行比较，如果不相同就返回错误；

6 实现代码

7 API接口设计补充建议

7.1 使用POST作为接口请求方式

      一般调用接口最常用的两种方式就是GET和POST。两者的区别也很明显，GET请求会将参数暴露在浏览器URL中，而且对长度也有限制。为了更高的安全性，所有接口都采用POST方式请求。

7.2 客户端IP白名单

      ip白名单是指将接口的访问权限对部分ip进行开放来避免其他ip进行访问攻击。

• 设置ip白名单缺点就是当你的客户端进行迁移后，就需要重新联系服务提供者添加新的ip白名单。
• 设置ip白名单的方式很多，除了传统的防火墙之外，spring cloud alibaba提供的组件sentinel也支持白名单设置。
• 为了降低api的复杂度，推荐使用防火墙规则进行白名单设置。

7.3 单个接口针对ip限流

      限流是为了更好的维护系统稳定性。

      使用redis进行接口调用次数统计，ip+接口地址作为key，访问次数作为value，每次请求value+1，设置过期时长来限制接口的调用频率。

7.4 记录接口请求日志

      记录请求日志，快速定位异常请求位置，排查问题原因。(如：用aop来全局处理接口请求)

7.5 敏感数据脱敏

      在接口调用过程中，可能会涉及到订单号等敏感数据，这类数据通常需要脱敏处理。

      最常用的方式就是加密。加密方式使用安全性比较高的RSA非对称加密。 非对称加密算法有两个密钥，这两个密钥完全不同但又完全匹配。只有使用匹配的一对公钥和私钥，才能完成对明文的加密和解密过程。

7.6 幂等性问题

幂等性是指: 任意多次请求的执行结果和一次请求的执行结果所产生的影响相同。

• 说的直白一点就是查询操作无论查询多少次都不会影响数据本身，因此查询操作本身就是幂等的。
• 但是新增操作，每执行一次数据库就会发生变化，所以它是非幂等的。
• 幂等问题的解决有很多思路，这里讲一种比较严谨的。

      提供一个生成随机数的接口，随机数全局唯一。调用接口的时候带入随机数。

      第一次调用，业务处理成功后，将随机数作为key，操作结果作为value，存入redis，同时设置过期时长。

      第二次调用，查询redis，如果key存在，则证明是重复提交，直接返回错误。

7.7 版本控制

      一套成熟的API文档，一旦发布是不允许随意修改接口的。这时候如果想新增或者修改接口，就需要加入版本控制，版本号可以是整数类型，也可以是浮点数类型。

      一般接口地址都会带上版本号，http://ip:port//v1/list , http://ip:port//v2/list

7.8 响应状态码规范

      一套成熟的API，还需要提供简单明了的响应值，根据状态码就可以大概知道问题所在。我们采用http的状态码进行数据封装，例如200表示请求成功，4xx表示客户端错误，5xx表示服务器内部发生错误。

7.9 统一响应数据格式

      为了方便给客户端响应，响应数据会包含三个属性，状态码（code）,信息描述（message）,响应数据（data）。客户端根据状态码及信息描述可快速知道接口，如果状态码返回成功，再开始处理数据。

7.10 接口文档

      一套成熟的API，还少不了一个优秀的接口文档。接口文档的可读性非常重要，虽然很多程序员都不喜欢写文档，而且不喜欢别人不写文档。为了不增加程序员的压力，推荐使用swagger2或其他接口管理工具，通过简单配置，就可以在开发中测试接口的连通性，上线后也可以生成离线文档用于管理API。

7.11 生成签名sign的详细步骤

      第1步: 将所有参数（注意是所有参数，包括appId,timeStamp,nonce），除去sign本身，以及值是空的参数，按key名升序排序存储。

      第2步: 然后把排序后的参数按 key1value1key2value2…keyXvalueX的方式拼接成一个字符串。（这里的参数和值必须是传输参数的原始值，不能是经过处理的，如不能将"转成”后再拼接）。

      第3步: 把分配给调用方的密钥secret拼接在第2步得到的字符串最后面。

即: key1value1key2value2…keyXvalueX + secret

• 第4步: 计算第3步字符串的md5值(32位)，然后转成大写,最终得到的字符串作为签名sign。

      即: Md5(key1value1key2value2…keyXvalueX + secret) 转大写。

8 案例

API签名验证工具: API签名验证工具，接口数据的安全问题。