在实际的业务中，难免会跟第三方系统进行数据的交互与传递，那么如何保证数据在传输过程中的安全呢（防窃取）？除了https的协议之外，能不能加上通用的一套算法以及规范来保证传输的安全性呢？
一、token
Token：访问令牌access token, 用于接口中, 用于标识接口调用者的身份、凭证，减少用户名和密码的传输次数。一般情况下客户端(接口调用方)需要先向服务器端申请一个接口调用的账号，服务器会给出一个appId和一个key, key用于参数签名使用，注意key保存到客户端，需要做一些安全处理，防止泄露。
Token的值一般是UUID，服务端生成Token后需要将token做为key，将一些和token关联的信息作为value保存到缓存服务器中(redis)，当一个请求过来后，服务器就去缓存服务器中查询这个Token是否存在，存在则调用接口，不存在返回接口错误，一般通过拦截器或者过滤器来实现，Token分为两种：
API Token(接口令牌): 用于访问不需要用户登录的接口，如登录、注册、一些基本数据的获取等。 获取接口令牌需要拿appId、timestamp和sign来换，sign=加密(timestamp+key)
USER Token(用户令牌): 用于访问需要用户登录之后的接口，如：获取我的基本信息、保存、修改、删除等操作。获取用户令牌需要拿用户名和密码来换
关于Token的时效性：token可以是一次性的、也可以在一段时间范围内是有效的，具体使用哪种看业务需要。
一般情况下接口最好使用https协议，如果使用http协议，Token机制只是一种减少被黑的可能性，其实只能防君子不能防小人。
一般token、timestamp和sign 三个参数会在接口中会同时作为参数传递，每个参数都有各自的用途。
二、timestamp 简介
timestamp: 时间戳，是客户端调用接口时对应的当前时间戳，时间戳用于防止DoS攻击。当黑客劫持了请求的url去DoS攻击，每次调用接口时接口都会判断服务器当前系统时间和接口中传的的timestamp的差值，如果这个差值超过某个设置的时间(假如5分钟)，那么这个请求将被拦截掉，如果在设置的超时时间范围内，是不能阻止DoS攻击的。 timestamp机制只能减轻DoS攻击的时间，缩短攻击时间。如果黑客修改了时间戳的值可通过sign签名机制来处理。
三、sign 简介
nonce：随机值，是客户端随机生成的值，作为参数传递过来，随机值的目的是增加sign签名的多变性。随机值一般是数字和字母的组合，6位长度，随机值的组成和长度没有固定规则。
sign: 一般用于参数签名，防止参数被非法篡改，最常见的是修改金额等重要敏感参数， sign的值一般是将所有非空参数按照升续排序然后+token+key+timestamp+nonce(随机数)拼接在一起，然后使用某种加密算法进行加密，作为接口中的一个参数sign来传递，也可以将sign放到请求头中。接口在网络传输过程中如果被黑客挟持，并修改其中的参数值，然后再继续调用接口，虽然参数的值被修改了，但是因为黑客不知道sign是如何计算出来的，不知道sign都有哪些值构成，不知道以怎样的顺序拼接在一起的，最重要的是不知道签名字符串中的key是什么，所以黑客可以篡改参数的值，但没法修改sign的值，当服务器调用接口前会按照sign的规则重新计算出sign的值然后和接口传递的sign参数的值做比较，如果相等表示参数值没有被篡改，如果不等，表示参数被非法篡改了，就不执行接口了。
四、防止重复提交
对于一些重要的操作需要防止客户端重复提交的(如非幂等性重要操作)，具体办法是当请求第一次提交时将sign作为key保存到redis，并设置超时时间，超时时间和Timestamp中设置的差值相同。当同一个请求第二次访问时会先检测redis是否存在该sign，如果存在则证明重复提交了，接口就不再继续调用了。如果sign在缓存服务器中因过期时间到了，而被删除了，此时当这个url再次请求服务器时，因token的过期时间和sign的过期时间一直，sign过期也意味着token过期，那样同样的url再访问服务器会因token错误会被拦截掉，这就是为什么sign和token的过期时间要保持一致的原因。拒绝重复调用机制确保URL被别人截获了也无法使用（如抓取数据）。
对于哪些接口需要防止重复提交可以自定义个注解来标记。
注意：所有的安全措施都用上的话有时候难免太过复杂，在实际项目中需要根据自身情况作出裁剪，比如可以只使用签名机制就可以保证信息不会被篡改，或者定向提供服务的时候只用Token机制就可以了。如何裁剪，全看项目实际情况和对接口安全性的要求。
五、使用流程
- 接口调用方(客户端)向接口提供方(服务器)申请接口调用账号，申请成功后，接口提供方会给接口调用方一个appId和一个key参数
- 客户端携带参数appId、timestamp、sign去调用服务器端的API token，其中sign=加密(appId + timestamp + key)
- 客户端拿着api_token 去访问不需要登录就能访问的接口
- 当访问用户需要登录的接口时，客户端跳转到登录页面，通过用户名和密码调用登录接口，登录接口会返回一个usertoken, 客户端拿着usertoken 去访问需要登录才能访问的接口
sign的作用是防止参数被篡改，客户端调用服务端时需要传递sign参数，服务器响应客户端时也可以返回一个sign用于客户度校验返回的值是否被非法篡改了。客户端传的sign和服务器端响应的sign算法可能会不同。
六、demo
6.1 依赖
org.springframework.boot
spring-boot-starter-data-redis
redis.clients
jedis
2.9.0
org.springframework.boot
spring-boot-starter-web
6.2 配置
@Configuration
public class RedisConfiguration {
@Bean
public JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory(){
return new JedisConnectionFactory();
}
/**
* 支持存储对象
* @return
*/
@Bean
public RedisTemplate redisTemplate(){
RedisTemplate redisTemplate = new StringRedisTemplate();
redisTemplate.setConnectionFactory(jedisConnectionFactory());
Jackson2JsonRedisSerializer jackson2JsonRedisSerializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);
ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
objectMapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
objectMapper.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
jackson2JsonRedisSerializer.setObjectMapper(objectMapper);
redisTemplate.setValueSerializer(jackson2JsonRedisSerializer);
redisTemplate.afterPropertiesSet();
return redisTemplate;
}
}
6.3 controller
@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/api/token")
public class TokenController {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
/**
* API Token
*
* @param sign
* @return
*/
@PostMapping("/api_token")
public ApiResponse apiToken(String appId, @RequestHeader("timestamp") String timestamp, @RequestHeader("sign") String sign) {
Assert.isTrue(!StringUtils.isEmpty(appId) && !StringUtils.isEmpty(timestamp) && !StringUtils.isEmpty(sign), "参数错误");
long reqeustInterval = System.currentTimeMillis() - Long.valueOf(timestamp);
Assert.isTrue(reqeustInterval < 5 * 60 * 1000, "请求过期，请重新请求");
// 1. 根据appId查询数据库获取appSecret
AppInfo appInfo = new AppInfo("1", "12345678954556");
// 2. 校验签名
String signString = timestamp + appId + appInfo.getKey();
String signature = MD5Util.encode(signString);
log.info(signature);
Assert.isTrue(signature.equals(sign), "签名错误");
// 3. 如果正确生成一个token保存到redis中，如果错误返回错误信息
AccessToken accessToken = this.saveToken(0, appInfo, null);
return ApiResponse.success(accessToken);
}
@NotRepeatSubmit(5000)
@PostMapping("user_token")
public ApiResponse userToken(String username, String password) {
// 根据用户名查询密码, 并比较密码(密码可以RSA加密一下)
UserInfo userInfo = new UserInfo(username, "81255cb0dca1a5f304328a70ac85dcbd", "111111");
String pwd = password + userInfo.getSalt();
String passwordMD5 = MD5Util.encode(pwd);
Assert.isTrue(passwordMD5.equals(userInfo.getPassword()), "密码错误");
// 2. 保存Token
AppInfo appInfo = new AppInfo("1", "12345678954556");
AccessToken accessToken = this.saveToken(1, appInfo, userInfo);
userInfo.setAccessToken(accessToken);
return ApiResponse.success(userInfo);
}
private AccessToken saveToken(int tokenType, AppInfo appInfo, UserInfo userInfo) {
String token = UUID.randomUUID().toString();
// token有效期为2小时
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.setTime(new Date());
calendar.add(Calendar.SECOND, 7200);
Date expireTime = calendar.getTime();
// 4. 保存token
ValueOperations operations = redisTemplate.opsForValue();
TokenInfo tokenInfo = new TokenInfo();
tokenInfo.setTokenType(tokenType);
tokenInfo.setAppInfo(appInfo);
if (tokenType == 1) {
tokenInfo.setUserInfo(userInfo);
}
operations.set(token, tokenInfo, 7200, TimeUnit.SECONDS);
AccessToken accessToken = new AccessToken(token, expireTime);
return accessToken;
}
}
6.4 WebMvcConfiguration
@Configuration
public class WebMvcConfiguration extends WebMvcConfigurationSupport {
private static final String[] excludePathPatterns = {"/api/token/api_token"};
@Autowired
private TokenInterceptor tokenInterceptor;
@Override
public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
super.addInterceptors(registry);
registry.addInterceptor(tokenInterceptor)
.addPathPatterns("/api/**")
.excludePathPatterns(excludePathPatterns);
}
}
5. TokenInterceptor
@Component
public class TokenInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
/**
*
* @param request
* @param response
* @param handler 访问的目标方法
* @return
* @throws Exception
*/
@Override
public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
String token = request.getHeader("token");
String timestamp = request.getHeader("timestamp");
// 随机字符串
String nonce = request.getHeader("nonce");
String sign = request.getHeader("sign");
Assert.isTrue(!StringUtils.isEmpty(token) && !StringUtils.isEmpty(timestamp) && !StringUtils.isEmpty(sign), "参数错误");
// 获取超时时间
NotRepeatSubmit notRepeatSubmit = ApiUtil.getNotRepeatSubmit(handler);
long expireTime = notRepeatSubmit == null ? 5 * 60 * 1000 : notRepeatSubmit.value();
// 2. 请求时间间隔
long reqeustInterval = System.currentTimeMillis() - Long.valueOf(timestamp);
Assert.isTrue(reqeustInterval < expireTime, "请求超时，请重新请求");
// 3. 校验Token是否存在
ValueOperations tokenRedis = redisTemplate.opsForValue();
TokenInfo tokenInfo = tokenRedis.get(token);
Assert.notNull(tokenInfo, "token错误");
// 4. 校验签名(将所有的参数加进来，防止别人篡改参数) 所有参数看参数名升续排序拼接成url
// 请求参数 + token + timestamp + nonce
String signString = ApiUtil.concatSignString(request) + tokenInfo.getAppInfo().getKey() + token + timestamp + nonce;
String signature = MD5Util.encode(signString);
boolean flag = signature.equals(sign);
Assert.isTrue(flag, "签名错误");
// 5. 拒绝重复调用(第一次访问时存储，过期时间和请求超时时间保持一致), 只有标注不允许重复提交注解的才会校验
if (notRepeatSubmit != null) {
ValueOperations signRedis = redisTemplate.opsForValue();
boolean exists = redisTemplate.hasKey(sign);
Assert.isTrue(!exists, "请勿重复提交");
signRedis.set(sign, 0, expireTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
return super.preHandle(request, response, handler);
}
}
6.6 MD5 加密工具类
public class MD5Util {
private static final String hexDigits[] = { "0", "1", "2", "3", "4", "5",
"6", "7", "8", "9", "a", "b", "c", "d", "e", "f" };
private static String byteArrayToHexString(byte b[]) {
StringBuffer resultSb = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < b.length; i++)
resultSb.append(byteToHexString(b[i]));
return resultSb.toString();
}
private static String byteToHexString(byte b) {
int n = b;
if (n < 0)
n += 256;
int d1 = n / 16;
int d2 = n % 16;
return hexDigits[d1] + hexDigits[d2];
}
public static String encode(String origin) {
return encode(origin, "UTF-8");
}
public static String encode(String origin, String charsetname) {
String resultString = null;
try {
resultString = new String(origin);
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
if (charsetname == null || "".equals(charsetname))
resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString
.getBytes()));
else
resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString
.getBytes(charsetname)));
} catch (Exception exception) {
}
return resultString;
}
}
6.7 重复提交控制注解
/**
* 禁止重复提交
*/
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface NotRepeatSubmit {
/** 过期时间，单位毫秒 **/
long value() default 5000;
}
6.8 AccessToken
@Data
@AllArgsConstructor
public class AccessToken {
/** token */
private String token;
/** 失效时间 */
private Date expireTime;
}
6.9 AppInfo
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class AppInfo {
/** App id */
private String appId;
/** API 秘钥 */
private String key;
}
6.10 TokenInfo
@Data
public class TokenInfo {
/** token类型: api:0 、user:1 */
private Integer tokenType;
/** App 信息 */
private AppInfo appInfo;
/** 用户其他数据 */
private UserInfo userInfo;
}
6.11 UserInfo
@Data
public class UserInfo {
/** 用户名 */
private String username;
/** 手机号 */
private String mobile;
/** 邮箱 */
private String email;
/** 密码 */
private String password;
/** 盐 */
private String salt;
private AccessToken accessToken;
public UserInfo(String username, String password, String salt) {
this.username = username;
this.password = password;
this.salt = salt;
}
}
6.12 ApiCodeEnum
/**
* 错误码code可以使用纯数字,使用不同区间标识一类错误，也可以使用纯字符，也可以使用前缀+编号
*
* 错误码：ERR + 编号
*
* 可以使用日志级别的前缀作为错误类型区分 Info(I) Error(E) Warning(W)
*
* 或者以业务模块 + 错误号
*
* TODO 错误码设计
*
* Alipay 用了两个code，两个msg(https://docs.open.alipay.com/api_1/alipay.trade.pay)
*/
public enum ApiCodeEnum {
SUCCESS("10000", "success"),
UNKNOW_ERROR("ERR0001","未知错误"),
PARAMETER_ERROR("ERR0002","参数错误"),
TOKEN_EXPIRE("ERR0003","认证过期"),
REQUEST_TIMEOUT("ERR0004","请求超时"),
SIGN_ERROR("ERR0005","签名错误"),
REPEAT_SUBMIT("ERR0006","请不要频繁操作"),
;
/** 代码 */
private String code;
/** 结果 */
private String msg;
ApiCodeEnum(String code, String msg) {
this.code = code;
this.msg = msg;
}
public String getCode() {
return code;
}
public String getMsg() {
return msg;
}
}
6.13 ApiResult
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class ApiResult {
/** 代码 */
private String code;
/** 结果 */
private String msg;
}
6.14 ApiUtil
public class ApiUtil {
/**
* 按参数名升续拼接参数
* @param request
* @return
*/
public static String concatSignString(HttpServletRequest request) {
Map paramterMap = new HashMap<>();
request.getParameterMap().forEach((key, value) -> paramterMap.put(key, value[0]));
// 按照key升续排序，然后拼接参数
Set keySet = paramterMap.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[keySet.size()]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
// 或略掉的字段
if (k.equals("sign")) {
continue;
}
if (paramterMap.get(k).trim().length() > 0) {
// 参数值为空，则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(paramterMap.get(k).trim()).append("&");
}
}
return sb.toString();
}
public static String concatSignString(Map map) {
Map paramterMap = new HashMap<>();
map.forEach((key, value) -> paramterMap.put(key, value));
// 按照key升续排序，然后拼接参数
Set keySet = paramterMap.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[keySet.size()]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (paramterMap.get(k).trim().length() > 0) {
// 参数值为空，则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(paramterMap.get(k).trim()).append("&");
}
}
return sb.toString();
}
/**
* 获取方法上的@NotRepeatSubmit注解
* @param handler
* @return
*/
public static NotRepeatSubmit getNotRepeatSubmit(Object handler) {
if (handler instanceof HandlerMethod) {
HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
Method method = handlerMethod.getMethod();
NotRepeatSubmit annotation = method.getAnnotation(NotRepeatSubmit.class);
return annotation;
}
return null;
}
}
6.15 ApiResponse
@Data
@Slf4j
public class ApiResponse {
/** 结果 */
private ApiResult result;
/** 数据 */
private T data;
/** 签名 */
private String sign;
public static ApiResponse success(T data) {
return response(ApiCodeEnum.SUCCESS.getCode(), ApiCodeEnum.SUCCESS.getMsg(), data);
}
public static ApiResponse error(String code, String msg) {
return response(code, msg, null);
}
public static ApiResponse response(String code, String msg, T data) {
ApiResult result = new ApiResult(code, msg);
ApiResponse response = new ApiResponse();
response.setResult(result);
response.setData(data);
String sign = signData(data);
response.setSign(sign);
return response;
}
private static String signData(T data) {
// TODO 查询key
String key = "12345678954556";
Map responseMap = null;
try {
responseMap = getFields(data);
} catch (IllegalAccessException e) {
return null;
}
String urlComponent = ApiUtil.concatSignString(responseMap);
String signature = urlComponent + "key=" + key;
String sign = MD5Util.encode(signature);
return sign;
}
/**
* @param data 反射的对象,获取对象的字段名和值
* @throws IllegalArgumentException
* @throws IllegalAccessException
*/
public static Map getFields(Object data) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException {
if (data == null) return null;
Map map = new HashMap<>();
Field[] fields = data.getClass().getDeclaredFields();
for (int i = 0; i < fields.length; i++) {
Field field = fields[i];
field.setAccessible(true);
String name = field.getName();
Object value = field.get(data);
if (field.get(data) != null) {
map.put(name, value.toString());
}
}
return map;
}
}
参考链接
Java生鲜电商平台-API接口设计之token、timestamp、sign 具体架构与实现（APP/小程序，传输安全）