如何設計一個安全的對外介面?

  • 來源：https://dwz.cn/L1SBDl25

前言

最近有個項目需要對外提供一個介面，提供公網域名進行訪問，而且介面和交易訂單有關，所以安全性很重要；這裡整理了一下常用的一些安全措施以及具體如何去實現。

安全措施

個人覺得安全措施大體來看主要在兩個方面，一方面就是如何保證數據在傳輸過程中的安全性，另一個方面是數據已經到達伺服器端，伺服器端如何識別數據，如何不被攻擊；下面具體看看都有哪些安全措施。

1. 數據加密

我們知道數據在傳輸過程中是很容易被抓包的，如果直接傳輸比如通過 http 協議，那麼用戶傳輸的數據可以被任何人獲取；所以必須對數據加密，常見的做法對關鍵欄位加密比如用戶密碼直接通過 md5 加密；現在主流的做法是使用 https 協議，在 http 和 tcp 之間添加一層加密層 (SSL 層)，這一層負責數據的加密和解密；

2. 數據加簽

數據加簽就是由發送者產生一段無法偽造的一段數字串，來保證數據在傳輸過程中不被篡改；你可能會問數據如果已經通過 https 加密了，還有必要進行加簽嗎？數據在傳輸過程中經過加密，理論上就算被抓包，也無法對數據進行篡改；但是我們要知道加密的部分其實只是在外網，現在很多服務在內網中都需要經過很多服務跳轉，所以這裡的加簽可以防止內網中數據被篡改；

3. 時間戳機制

數據是很容易被抓包的，但是經過如上的加密，加簽處理，就算拿到數據也不能看到真實的數據；但是有不法者不關心真實的數據，而是直接拿到抓取的數據包進行惡意請求；這時候可以使用時間戳機制，在每次請求中加入當前的時間，伺服器端會拿到當前時間和消息中的時間相減，看看是否在一個固定的時間範圍內比如 5 分鐘內；這樣惡意請求的數據包是無法更改裡面時間的，所以 5 分鐘後就視為非法請求了；

4.AppId 機制

大部分網站基本都需要用戶名和密碼才能登錄，並不是誰來能使用我的網站，這其實也是一種安全機制；對應的對外提供的介面其實也需要這麼一種機制，並不是誰都可以調用，需要使用介面的用戶需要在後台開通 appid，提供給用戶相關的密鑰；在調用的介面中需要提供 appid + 密鑰，伺服器端會進行相關的驗證；

5. 限流機制

本來就是真實的用戶，並且開通了 appid，但是出現頻繁調用介面的情況；這種情況需要給相關 appid 限流處理，常用的限流演算法有令牌桶和漏桶演算法；

6. 黑名單機制

如果此 appid 進行過很多非法操作，或者說專門有一個中黑系統，經過分析之後直接將此 appid 列入黑名單，所有請求直接返回錯誤碼；

7. 數據合法性校驗

這個可以說是每個系統都會有的處理機制，只有在數據是合法的情況下才會進行數據處理；每個系統都有自己的驗證規則，當然也可能有一些常規性的規則，比如身份證長度和組成，電話號碼長度和組成等等；

如何實現

以上大體介紹了一下常用的一些介面安全措施，當然可能還有其他我不知道的方式，希望大家補充，下面看看以上這些方法措施，具體如何實現；

1. 數據加密

現在主流的加密方式有對稱加密和非對稱加密；

對稱加密：對稱密鑰在加密和解密的過程中使用的密鑰是相同的，常見的對稱加密演算法有 DES，AES；優點是計算速度快，缺點是在數據傳送前，發送方和接收方必須商定好秘鑰，然後使雙方都能保存好秘鑰，如果一方的秘鑰被泄露，那麼加密資訊也就不安全了；

非對稱加密：服務端會生成一對密鑰，私鑰存放在伺服器端，公鑰可以發布給任何人使用；優點就是比起對稱加密更加安全，但是加解密的速度比對稱加密慢太多了；廣泛使用的是 RSA 演算法；

兩種方式各有優缺點，而 https 的實現方式正好是結合了兩種加密方式，整合了雙方的優點，在安全和性能方面都比較好；

對稱加密和非對稱加密程式碼實現，jdk 提供了相關的工具類可以直接使用，此處不過多介紹；

2. 數據加簽

數據簽名使用比較多的是 md5 演算法，將需要提交的數據通過某種方式組合和一個字元串，然後通過 md5 生成一段加密字元串，這段加密字元串就是數據包的簽名，可以看一個簡單的例子：

str：參數1={參數1}&參數2={參數2}&……&參數n={參數n}$key={用戶密鑰}; MD5.encrypt(str);

注意最後的用戶密鑰，客戶端和服務端都有一份，這樣會更加安全；

3. 時間戳機制

解密後的數據，經過簽名認證後，我們拿到數據包中的客戶端時間戳欄位，然後用伺服器當前時間去減客戶端時間，看結果是否在一個區間內，偽程式碼如下：

long interval=5*60*1000；//超時時間long  clientTime=request.getparameter("clientTime");  long serverTime=System.currentTimeMillis();  if(serverTime-clientTime>interval)  {      returnnew Response("超過處理時長")   }

4.AppId 機制

生成一個唯一的 AppId 即可，密鑰使用字母、數字等特殊字元隨機生成即可；生成唯一 AppId 根據實際情況看是否需要全局唯一；但是不管是否全局唯一最好讓生成的 Id 有如下屬性：

  • 趨勢遞增：這樣在保存資料庫的時候，使用索引性能更好；
  • 資訊安全：盡量不要連續的，容易發現規律；
  • 關於全局唯一 Id 生成的方式常見的有類 snowflake 方式等；

5. 限流機制

常用的限流演算法包括： 令牌桶限流， 漏桶限流， 計數器限流；

1. 令牌桶限流 令牌桶演算法的原理是系統以一定速率向桶中放入令牌，填滿了就丟棄令牌；請求來時會先從桶中取出令牌，如果能取到令牌，則可以繼續完成請求，否則等待或者拒絕服務；令牌桶允許一定程度突發流量，只要有令牌就可以處理，支援一次拿多個令牌；

2. 漏桶限流 漏桶演算法的原理是按照固定常量速率流出請求，流入請求速率任意，當請求數超過桶的容量時，新的請求等待或者拒絕服務；可以看出漏桶演算法可以強制限制數據的傳輸速度；

3. 計數器限流 計數器是一種比較簡單粗暴的演算法，主要用來限制總並發數，比如資料庫連接池、執行緒池、秒殺的並發數；計數器限流只要一定時間內的總請求數超過設定的閥值則進行限流；

具體基於以上演算法如何實現，Guava 提供了 RateLimiter 工具類基於基於令牌桶演算法：

RateLimiter rateLimiter = RateLimiter.create(5);

以上程式碼表示一秒鐘只允許處理五個並發請求，以上方式只能用在單應用的請求限流，不能進行全局限流；這個時候就需要分散式限流，可以基於 redis+lua 來實現；

6. 黑名單機制

如何為什麼中黑我們這邊不討論，我們可以給每個用戶設置一個狀態比如包括：初始化狀態，正常狀態，中黑狀態，關閉狀態等等；或者我們直接通過分散式配置中心，直接保存黑名單列表，每次檢查是否在列表中即可；

7. 數據合法性校驗

合法性校驗包括：常規性校驗以及業務校驗；

常規性校驗：包括簽名校驗，必填校驗，長度校驗，類型校驗，格式校驗等；

業務校驗：根據實際業務而定，比如訂單金額不能小於 0 等；

總結

本文大致列舉了幾種常見的安全措施機制包括：數據加密、數據加簽、時間戳機制、AppId 機制、限流機制、黑名單機制以及數據合法性校驗；當然肯定有其他方式，歡迎補充。

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