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SpringBoot 如何保证接口安全？老鸟们都是这么玩的！

2023.02.09
    SpringBoot 如何保证接口安全？老鸟们都是这么玩的！

    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。
    大家好，我是飘渺。
    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
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    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：
    1. 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。
    2. 接口后台对接口的请求参数进行验证，防止被黑客篡改；
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    • 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 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：
    1. 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。
    2. 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。
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    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。
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    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，又可以解决接口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：
    1. 去 redis 中查找是否有 key 为 nonce:{nonce} 的 string
    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。
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    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
    接下来通过实际代码来看看如何实现接口的防篡改和防重放。
    1、构建请求头对象
    @Data
@Builder
public class RequestHeader {
   private String sign ;
   private Long timestamp ;
   private String nonce;
}
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    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;
    }
}
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    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);
    }
}
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    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()));
    }
}
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    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();
    }
}
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    @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-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<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);
    }
}
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    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;
        }
    }

}
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