关于java:API接口安全方案

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背景
计划
示例代码
web端计划
参考

背景

随着Internet网的广泛应用，信息安全问题日益突出，零碎间的接口交互，每个申请都有可能被抓取到数据、被伪造申请去获取数据或者攻打服务，所以接口平安至关重要。
API接口要做到：

防假装攻打：第三方歹意调用接口。
防篡改攻打：申请在传输过程被批改。
防重放攻打：申请被截获后，被多次重放。
防数据信息透露：被截获到零碎数据，例如账号、明码、交易信息等。

计划

工夫戳 + 流水号

为了避免重放攻打，申请信息里退出：

退出工夫戳，1分钟内无效。
退出流水号，流水号在工夫戳无效工夫范畴内需保障惟一。

签名

为了防篡改攻打，申请信息里减少签名信息（sign），将申请的内容拼装和加密，服务端做同样的事件，而后将加密后的签名跟传过来的签名做等值比拟。
常见的一种签名形式是：将申请参数&值按天然排序拼接后加密。例如：/test?a=5&c=1&b=3&z=value，那拼接后sign的值就是a=5&b=3&c=1&nonce=7536080117&time=1618851899342&z=value加密后的后果，留神这里也要将工夫戳和流水号一起拼进去。最终的申请串是：/test?a=5&c=1&b=3&z=value&nonce=7536080117&time=1618851899342&sign=加密串。nonce、time、sign也能够放在申请头里。
这里有用到加密，就波及的秘钥的问题，能够线下调配APP ID和secret，申请串里加上appId=xxx，同时参加到sign的加密内容里。
咱们的零碎传的数据是json串的形式，并且是放在HTTP的body里，所以签名就不是拼接申请参数的加密形式，而是appSecret+time+nonce拼装后的内容加密（也能够将json串一并拼接进去），同时appId、time、nonce、sign是放在申请头里。

加密

为了避免数据信息透露，咱们须要将业务数据加密传输，同时签名里也有用到加密，这里就波及到了加密算法。

对称加密：较传统的加密体制，通信单方在加/解密过程中应用他们共享的繁多密钥，鉴于其算法简略和加密速度快的长处，目前依然是支流的明码体制之一，然而相比非对称加密的安全性就没那么高。
非对称加密：它有一对秘钥（公钥和私钥），通过公钥加密的内容，只有私钥才能够解开，而通过私钥加密的内容，只有公钥才能够解开；算法的密钥很长，具备较好的安全性，但加密的计算量很大，加密速度较慢限度了其利用范畴。

为什么非对称加密比对称加密慢？
因为对称加密次要的运算是位运算，速度十分快，如果应用硬件计算，速度会更快。然而非对称加密计算个别都比较复杂，比方 RSA，它外面波及到大数乘法、大数模等等运算，在电路上实现“加法”比异或要麻烦的多，况且前面还有一个模运算。

AES和RSA联合
因为RSA加解密速度慢，不适宜大量数据文件加密。如果应用AES对传输数据加密，应用RSA来加密AES的密钥，就能够综合施展AES和RSA的长处同时防止它们毛病来实现一种新的数据加密计划。

最终计划

线下调配APP ID、Secret和RSA公钥。
随机生成16位的AES秘钥。
申请头退出工夫戳，1分钟内无效。
申请头退出流水号，流水号在工夫戳无效工夫范畴内需保障惟一。
申请头退出APP ID。
申请头退出加密后的AES秘钥，通过RAS公钥加密。
申请头退出签名，签名算法为：AES加密(APPID + secret + 加密后的AES秘钥 + 工夫戳 + 流水号)。这里之所以额定加一个secret，是假如被第三方拿到公钥，还有这一层爱护。
申请body里的业务数据传的是AES加密后的内容。

示例代码

加密工具类

<code class="JAVA">import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

/**
 * @author 
 * @data 
 * @description
 */
public class SecurityUtils {

    private static final String DEFAULT_CODING = "UTF-8";
    private static final String AES_ALGORITHM = "AES";
    private static final String RSA_ALGORITHM = "RSA";
    private static final int RSA_KEYSIZE = 1024;
    /**
     * 填充形式
     */
    private static final String AES_CIPHER_PADDING = "AES/ECB/PKCS5Padding";
    private static final int PASSWORD_LENGTH = 16;

    private SecurityUtils() {

    }

    /**
     * AES加密
     *
     * @param content
     * @param password
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    public static String aes128Encrypt(String content, String password) {
        try {
            checkPassword(password);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CIPHER_PADDING);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, buildAes128SecretKey(password));
            byte[] result = cipher.doFinal(getContentByte(content));
            return encodeContentByte(result);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("aes 128 encrypt error!", e);
        }
    }

    /**
     * @param content
     * @param password
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    public static String aes128Decrypt(String content, String password) {
        try {
            checkPassword(password);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CIPHER_PADDING);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, buildAes128SecretKey(password));
            byte[] result = cipher.doFinal(decodeContentByte(content));
            return new String(result, DEFAULT_CODING);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("aes 128 decrypt error!", e);
        }
    }

    /**
     * @param password
     * @author 
     * @date 
     */
    private static void checkPassword(String password) {
        if (StringUtils.isBlank(password) || StringUtils.length(password) != PASSWORD_LENGTH) {
            throw new IllegalArgumentException("Password not available!");
        }
    }

    /**
     * 生成加密秘钥
     *
     * @param password
     * @return javax.crypto.spec.SecretKeySpec
     * @author 
     * @date 
     */
    private static SecretKeySpec buildAes128SecretKey(String password) {
        try {
            //返回生成指定算法密钥生成器的 KeyGenerator 对象
            KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance(AES_ALGORITHM);
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
            random.setSeed(password.getBytes(DEFAULT_CODING));
            kgen.init(128, random);
            SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
            return new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), AES_ALGORITHM);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("build aes 128 secret key error!", e);
        }
    }

    /**
     * @return com.example.laboratory.security.util.SecurityUtils.RsaKey
     * @author 
     * @date 
     */
    public static RsaKey generateRsaKey() {
        KeyPairGenerator keyPairGen;
        try {
            keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new RuntimeException("generate rsa key error!", e);
        }
        keyPairGen.initialize(RSA_KEYSIZE);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        return new RsaKey(encodeContentByte(publicKey.getEncoded()), encodeContentByte(privateKey.getEncoded()));
    }

    /**
     * @param publicKey
     * @return java.security.PublicKey
     * @author 
     * @date 
     */
    private static PublicKey buildRsaPublicKey(String publicKey) {
        try {
            //通过X509编码的Key指令取得公钥对象
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
            X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(decodeContentByte(publicKey));
            return keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("build rsa public key error!", e);
        }
    }

    /**
     * @param privateKey
     * @return java.security.PrivateKey
     * @author 
     * @date 
     */
    private static PrivateKey buildRsaPrivateKey(String privateKey) {
        try {
            //通过PKCS#8编码的Key指令取得私钥对象
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(decodeContentByte(privateKey));
            return keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("build rsa private key error!", e);
        }
    }

    /**
     * RSA默认对加密内容有最大限度,超出限度会呈现"IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes"
     * 如果要对长内容做加密，就用RSA分段加密的形式
     *
     * @param content
     * @param publicKey
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    public static String rsaPublicEncrypt(String content, String publicKey) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, buildRsaPublicKey(publicKey));
            byte[] encryptedData = cipher.doFinal(getContentByte(content));
            return encodeContentByte(encryptedData);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("rsa public encrypt error!", e);
        }
    }

    /**
     * @param content
     * @param privateKey
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    public static String rsaPrivateDecrypt(String content, String privateKey) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, buildRsaPrivateKey(privateKey));
            byte[] decryptData = cipher.doFinal(decodeContentByte(content));
            return new String(decryptData, DEFAULT_CODING);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("rsa public encrypt error!", e);
        }
    }

    /**
     * @param content
     * @return byte[]
     * @author 
     * @date 
     */
    private static byte[] getContentByte(String content) throws UnsupportedEncodingException {
        return content.getBytes(DEFAULT_CODING);
    }

    /**
     * @param bytes
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    private static String encodeContentByte(byte[] bytes) {
        return Base64.encodeBase64String(bytes);
    }

    /**
     * @param content
     * @return byte[]
     * @author 
     * @date 
     */
    private static byte[] decodeContentByte(String content) {
 <span style="color:transparent">来源gaodai#ma#com搞*代#码网</span>       return Base64.decodeBase64(content);
    }

    /**
     * @author 
     * @date 
     */
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    static class RsaKey {

        private String publicKey;
        private String privateKey;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String content = "测试DEMO";
        System.out.println("-------AES-------");
        String password = "123456789abcdefg";
        String encrypt = SecurityUtils.aes128Encrypt(content, password);
        System.out.println("aes encrypt: " + encrypt);
        System.out.println(SecurityUtils.aes128Decrypt(encrypt, password));
        System.out.println("-------RSA-------");
        RsaKey rsaKey = SecurityUtils.generateRsaKey();
        System.out.println("ras public key:" + rsaKey.getPublicKey());
        System.out.println("ras private key:" + rsaKey.getPrivateKey());
        encrypt = SecurityUtils.rsaPublicEncrypt(content, rsaKey.getPublicKey());
        System.out.println("rsa encrypt: " + encrypt);
        System.out.println(SecurityUtils.rsaPrivateDecrypt(encrypt, rsaKey.getPrivateKey()));
    }
}

测试用例：服务端接口

<code class="JAVA">import com.example.laboratory.security.util.SecurityUtils;
import com.google.common.cache.CacheBuilder;
import com.google.common.cache.CacheLoader;
import com.google.common.cache.LoadingCache;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.StringJoiner;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestHeader;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @author 
 * @date 
 */
@RestController
@RequestMapping("/sign")
public class SignController {

    public static String KEY_PUBLIC = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQD0dxq1W8t3rAmZSHRLAddGAWtX5wlDdtLXHoC5MUkXO6EFO/b+z+8jPfqxr4hgnnPseIM7qRx78sEKfI0iu/HzbfBz7uctF5+PU9m7axYfpHDHrl/59bdHBXiIA9/9UMcy+3aDEU6B4lnkhrJWD8OLUOrgWuy/uaQmGB3Dm0m6wwIDAQAB";
    public static String KEY_PRIVATE = "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";
    public static String APP_ID = "testApp";
    // 假如被拿到公钥，还有这一层爱护
    public static String APP_SECRET = "testSecret123456";
    /**
     * 申请容许时间差
     */
    private static int TIME_RANGE_MINUTES = 2;

    /**
     * 签名：惟一标识串前缀
     */
    private static String SIGN_UQKEY_PREFIX = "SIGN:";
    private LoadingCache<String, String> signCache;
    private Map<String, AppData> appCache;

    /**
     * @author 
     * @date
     */
    public SignController() {
        signCache = CacheBuilder.newBuilder()
                .refreshAfterWrite(TIME_RANGE_MINUTES * 60 + 1, TimeUnit.SECONDS)
                .build(new CacheLoader<String, String>() {
                    @Override
                    public String load(String key) {
                        return buildCacheUniqueValue(key);
                    }
                });
        appCache = new HashMap<>();
        appCache.put(APP_ID, new AppData(APP_SECRET, KEY_PRIVATE));
    }

    /**
     * @param requestBody
     * @param sign
     * @param appId
     * @param time
     * @param nonce
     * @param encodeSecretKey
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date
     */
    @PostMapping("/encode")
    public String encode(@RequestBody String requestBody,
            @RequestHeader("sign") String sign,
            @RequestHeader("appId") String appId,
            @RequestHeader("time") Long time,
            @RequestHeader("nonce") String nonce,
            @RequestHeader("secretKey") String encodeSecretKey) {
        checkAccessFrequently(time);
        String secretKey = decodeSecretKey(appId, encodeSecretKey);
        checkSign(sign, appId, time, nonce, secretKey, encodeSecretKey);
        checkUnique(appId, time, nonce);
        return SecurityUtils.aes128Decrypt(requestBody, secretKey);
    }

    /**
     * @param appId
     * @param secretKey
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    private String decodeSecretKey(String appId, String secretKey) {
        return SecurityUtils.rsaPrivateDecrypt(secretKey, appCache.get(appId).privateKey);
    }

    /**
     * @param sign
     * @param appId
     * @param time
     * @param nonce
     * @param secretKey
     * @param encodeSecretKey
     * @author 
     * @date 
     */
    private void checkSign(String sign, String appId, Long time, String nonce, String secretKey,
            String encodeSecretKey) {
        String signStr = new StringJoiner(":")
                .add(appId)
                .add(appCache.get(appId).appSecret)
                .add(encodeSecretKey)
                .add(String.valueOf(time))
                .add(nonce)
                .toString();
        String encodeSign = SecurityUtils.aes128Encrypt(signStr, secretKey);
        if (!encodeSign.equals(sign)) {
            throw new RuntimeException("签名谬误！");
        }
    }

    /**
     * @param appId
     * @param time
     * @param nonce
     * @author 
     * @date 
     */
    private void checkUnique(String appId, Long time, String nonce) {
        String key = new StringJoiner(":")
                .add(SIGN_UQKEY_PREFIX)
                .add(appId)
                .add(String.valueOf(time))
                .add(nonce)
                .toString();
        if (signCache.getIfPresent(key) != null) {
            throw new RuntimeException("申请反复！");
        }
        try {
            if (!signCache.get(key).equals(buildCacheUniqueValue(key))) {
                throw new RuntimeException("申请反复！");
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("判断申请是否反复异样！", e);
        }
    }

    /**
     * @param key
     * @return java.lang.String
     * @author 
     * @date 
     */
    private String buildCacheUniqueValue(String key) {
        return key + ":" + Thread.currentThread().getName();
    }

    /**
     * 判断拜访工夫戳是否在以后工夫一分钟高低
     *
     * @param timestamp
     * @author 
     * @date
     */
    private void checkAccessFrequently(long timestamp) {
        Date date = new Date(timestamp);
        LocalDateTime localDateTime = date.toInstant().atZone(ZoneId.systemDefault()).toLocalDateTime();
        LocalDateTime beforeDateTime = LocalDateTime.now().minusMinutes(TIME_RANGE_MINUTES);
        LocalDateTime afterDateTime = LocalDateTime.now().plusMinutes(TIME_RANGE_MINUTES);
        if (localDateTime.isBefore(beforeDateTime) || localDateTime.isAfter(afterDateTime)) {
            throw new RuntimeException("申请工夫戳超出范围！");
        }
    }

    @Data
    @AllArgsConstructor
    static class AppData {

        private String appSecret;
        private String privateKey;
    }
}

测试用例：申请端单元测试

<code class="JAVA">import com.example.laboratory.security.util.SecurityUtils;
import java.util.StringJoiner;
import lombok.SneakyThrows;
import org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils;
import org.junit.Assert;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
import org.springframework.test.web.servlet.request.MockHttpServletRequestBuilder;

/**
 * @author 
 * @data 
 * @description
 */
public class SignControllerTest extends SimpleResultControllerTest {

    private String aesSecretKey;

    /**
     * @author 
     * @date 
     */
    @Before
    public void before() {
        aesSecretKey = RandomStringUtils.randomNumeric(16);
    }

    /**
     * @author 
     * @date 
     */
    @Test
    @SneakyThrows
    public void encode() {
        String content = "{\"data1\":\"测试API接口平安校验\",\"data2\":" + RandomStringUtils.randomNumeric(10) + "}";
        System.out.println(content);
        String result = post("/sign/encode",
                SecurityUtils.aes128Encrypt(content, aesSecretKey),
                String.class);
        Assert.assertEquals(result, content);
    }

    /**
     * @param builder
     * @author 
     * @date 
     */
    protected void replenishHttpServletRequestBuilder(MockHttpServletRequestBuilder builder) {
        String appId = SignController.APP_ID;
        long time = System.currentTimeMillis();
        String nonce = RandomStringUtils.randomNumeric(10);
        String encodeSecret = SecurityUtils.rsaPublicEncrypt(aesSecretKey, SignController.KEY_PUBLIC);
        String signStr = new StringJoiner(":")
                .add(SignController.APP_ID)
                .add(SignController.APP_SECRET)
                .add(encodeSecret)
                .add(String.valueOf(time))
                .add(nonce)
                .toString();
        String encodeSign = SecurityUtils.aes128Encrypt(signStr, aesSecretKey);
        builder.header("appId", appId)
                .header("time", time)
                .header("nonce", nonce)
                .header("sign", encodeSign)
                .header("secretKey", encodeSecret);
    }

}

web端计划

如果是web端接口交互，能够参考以下阿里、京东的做法：

《京东post登陆参数js剖析，明码加密的RSA加密实现》
《淘宝sign加密算法》

参考

《接口非对称加密+Retrofit2》
《Android采纳AES+RSA的加密机制对http申请进行加密》
《支付宝领取加密规定梳理，写的太好了！》
《阿里一面：如何保障API接口数据安全？》

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