ESFramework 开发手册（10） －－ 安全机制

在分布式通信系统中，安全无疑是非常重要的。

ESFramework/ESPlus作为应用层的开发框架，在这里我们只讨论应用层的安全问题，因为如果黑客是在网络层或链路层进行攻击，位于应用层的系统几乎是无能为力的。从应用层来说，安全的重要性主要体现在以下几个方面：

（1） 防止恶意用户使用格式不正确的消息来试探服务端。

（2） 防止通信的消息被恶意用户截获，或者，即使被恶意用户截获，也无法破解其内容。

（3） 防止恶意用户在未成功登录前，就向服务器发送格式正确的伪装消息。

（4） 防止恶意用户使用巨大数量的空连接来消耗服务器的资源。

ESFramework内置了一些安全机制，以对上述的安全性提供一些保障，下面我们一一说明。

1.消息格式验证

ESFramework定义了通信消息的总体格式，ESPlus则定义了消息的详细格式。

当网络引擎（无论是服务端的还是客户端的）从网络上接收到一批二进制数据时，会尝试去解析它。如果解析时发现，这批二进制数据的格式不是我们定义好的消息的格式时，将会认为其是非法消息。此时，网络引擎将会丢弃非法数据，并关闭对应的连接（如果引擎是基于TCP协议的），然后再触发INetEngine接口的InvalidMsgReceived事件。

/// <summary> /// 当接收到不完整或无法解析的数据时触发该事件 /// </summary> event CbGeneric<UserAddress, MessageInvalidType> InvalidMsgReceived;

事件的参数UserAddress说明了非法消息来源于哪个用户地址；而MessageInvalidType参数则说明了非法消息的类型：

public enum MessageInvalidType { /// <summary> /// 正常消息。 /// </summary> Valid = 0, /// <summary> /// 消息尺寸溢出。 /// </summary> MessageSizeOverflow, /// <summary> /// 无效的消息头 /// </summary> InvalidHeader, /// <summary> /// 无效的标识符 /// </summary> InvalidToken, /// <summary> /// 数据包长度不够 /// </summary> DataLacked, /// <summary> /// 无效的客户端类型 /// </summary> InvalidClientType }

从该枚举可以看出，网络引擎收到的数据无法解析的原因有几种：消息尺寸超过规定的大小，消息头无效、消息的标识符无效等。

2.消息加密

对于一些关键的信息，是绝对不允许以明文的形式在网络上进行传送的。所以，消息在发送之前，必须进行加密。

如果是直接使用原始的ESFramework引擎，我们就可以实现IMessageTransformer接口，然后将实现类的实例挂接在骨架流程的对应位置，以对进出的消息进行加密和解密动作，比如，像这样：

public class MessageEncryptor : IMessageTransformer { public IMessage CaptureBeforeSendMessage(IMessage msg) { //加密消息 return Encrypt(msg); } public IMessage CaptureReceivedMessage(IMessage msg) { //解密消息 return Decrypt(msg); } }

在使用ESPlus提供的Rapid引擎中，内部组装骨架流程时，是没有使用加密组件的，但是，我们仍然可以在发送自定义信息时，保证信息的安全。还记得我们是使用ICustomizeOutter发送自定义信息的，以Send方法为例：

/// <summary> /// 向服务器发送信息。 /// </summary> /// <param name="informationType">自定义信息类型</param> /// <param name="info">信息</param> void Send(int informationType, byte[] info);

在调用Send方法之前，我们可以先将要发送的内容info进行加密，然后再发送加密后的结果。

而在接收方，会调用ICustomizeHandler的HandleInformation方法来处理接收到的信息：

/// <summary> /// 处理来自客户端的自定义信息。 /// </summary> /// <param name="sourceUserID">发送该信息的用户ID</param> /// <param name="informationType">自定义信息类型</param> /// <param name="info">信息</param> void HandleInformation(string sourceUserID, int informationType, byte[] info);

在实现HandleInformation方法时，我们可以先解密info，然后再进行正常的业务处理。

无论是挂接IMessageTransformer组件，还是在发送或接收自定义信息时，手动加解密信息，都要注意一点，那就是加解密都是要消耗CPU和内存资源的，对于那些高频通信的消息来说，这个开销是绝不可忽视的。所以，我们应该尽可能的只加密那些极其重要的消息/信息（根据MessageType或InfomationType来进行区分），而不是将所有的消息/信息一视同仁。

3.验证第一个消息

有的恶意用户，在破解了消息的格式之后，会尝试在不登录的情况下，向服务器发送其他类型的请求消息。ESFramework支持在服务端对每个连接上收到的第一个消息进行验证，如果验证通不过，则将关闭对应的连接。

验证第一个消息的组件的接口是IFirstMessageVerifier：

public interface IFirstMessageVerifier { /// <summary> /// 当每个TCP连接建立成功后，将会验证从该连接上接收到的第一个消息。如果通不过验证，服务端TCP引擎将会关闭对应的连接。 /// </summary> /// <param name="firstMessage">TCP连接上的第一个消息</param> /// <param name="address">TCP连接的客户端地址</param> /// <returns>验证是否通过</returns> bool VerifyFirstMessage(UserAddress address , IMessage firstMessage); }

我们可以实现这个接口，并将其注入到ITcpServerEngine对应的属性上。当VerifyFirstMessage方法返回false时，表示验证失败，此时，服务端网络引擎将会关闭对应的TCP连接。

ESPlus提供的Rapid引擎，其内部已经实现了IFirstMessageVerifier接口来为我们验证第一个消息，它主要是保证第一个消息必须是Logon消息，再结合登陆账号密码验证，就可以解决恶意用户在未登录的情况下，就进行其它类型的业务请求。

4.绑定连接

当Logon消息中的帐号密码通过服务端的验证之后，服务端会将该帐号与对应的TCP连接绑定起来，构成一个完整的Session。如果该连接上接收到的后续消息中，只要发现消息头中的UserID与该TCP连接绑定的帐号不一致，则认为该消息为非法消息，此时，服务端网络引擎将会关闭对应的TCP连接。如此，可以防止用一个帐号登录成功后，再用另一个帐号来请求服务。

5.空连接

到这里，我们已经解决了本章开始提出的前三个问题，这就保证了恶意用户无法向服务器发送恶意的消息了。但是，恶意用户在应用层还可以做一件事情，就是消耗服务端的TCP连接。对于每个已成功建立的TCP连接，服务端都要为其分配一定的资源并对其进行管理。如果恶意的用户和服务器之间建立很多空闲的连接，对服务器资源的消耗也是不可忽视的。

ESFramework提供的服务端引擎ITcpServerEngine支持及时地关闭上述的恶意用户的空闲连接。ITcpServerEngine有一个ExpiredSpanInSecs属性，该属性的含义是：某个TCP连接连上后，如果在ExpiredSpanInSecs时间内服务端网络引擎都接收不到来自该连接的任何数据，则将关闭该连接。

一般正常的TCP连接建立成功后，客户端会立即向服务器发送Logon消息进行登录。所以，这个机制是可以成立的。我们可以将ExpiredSpanInSecs设为一个有效值（如3s），来减轻空连接的影响。之所以说是“减轻”，而不是“消除”，是因为在应用层系统中，无法完全规避这个问题，就按照3秒钟的超时来说，你服务端关闭连接的速度一定赶不上恶意用户建立连接的速度。

这种情况在应用层来处理就非常的吃力。解决这个问题的更好办法，应该是在防火墙上做相关的策略设定，比如屏蔽掉恶意用户的IP地址，过滤由该地址发出TCP握手请求的Syn包，等等。

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