java安全入门篇之接口验签(原创)

文章大纲

一、加密与验签介绍
二、接口验签实操
三、项目源码下载

 

一、加密与验签介绍

  大多数公共网络是不安全的，一切基于HTTP协议的请求/响应(Request or Response)都是可以被截获的、篡改、重放(重发)的。因此我们需要考虑以下几点内容：

1. 防伪装攻击（案例：在公共网络环境中，第三方 有意或恶意 的调用我们的接口）
2. 防篡改攻击（案例：在公共网络环境中，请求头/查询字符串/内容 在传输过程被修改）
3. 防重放攻击（案例：在公共网络环境中，请求被截获，稍后被重放或多次重放）
4. 防数据信息泄漏（案例：截获用户登录请求，截获到账号、密码等）

二、接口验签实操

1. 实操说明

  接口加密与验签的方法有非常多，比如RSA（后期进行讲解）,基于token等方式，而对于普通项目，我认为最重要的是防伪装攻击、防篡改攻击、防重放攻击。因为接下来的实操，主要围绕以下几点进行。

2. 逻辑讲解

客户端操作
（1）用户登录成功后，会接收到对应的key值和key过期时间，该key是经过32位小写加密，且编码格式为UTF-8
（2）接口请求时，将请求的参数，通过key-value方式进行字典升序，且编码成UTF-8形式
（3）将key值拼接在升序且编码后的字符串前面，进行MD32位小写加密，其编码成UTF-8形式形成签名，连同请求参数一同发送至后台
（4）退出登录时，需要通知后台失效该用户的key
（5）补充说明1：对于登录接口，如果检测到用户账号密码错误，则判断错误次数后，在一定时间内进行登录禁止，如果登录禁止解除后，用户再次出现错误，则延长限制时间
（6）补充说明2：对于无需登录接口，需要限制客户端请求次数，进行接口防刷保护

服务端操作
（1）当用户登录成功时，生成与该用户对应的key值返回给用户端，同时将id与key缓存在redis中
（2）当接收到请求时，根据请求id去redis查询对应key是多少，查不到则代表没有请求权限，将该用户系统信息，请求项目名、接口名，请求时间、错误类型（用户信息不正确/参数与签名不一致）存进redis（缓存进磁盘），当ip错误次数超过一定次数后，限制ip访问项目
（3）将key和请求参数按客户端同样方式进行签名，与请求的sign进行比较
（4）如果验签不一致，将该用户系统信息，请求项目名、接口名，请求时间、错误类型（用户信息不正确/参数与签名不一致）存进redis，当ip错误次数超过一定次数时，限制ip访问所有项目，若验签通过，则进行接口放行，且将用户系统信息，请求项目名、接口名，请求时间缓存进日志中（存进磁盘）

Redis参数需记录信息
1.用户信息：id，用户key，客户端请求系统信息
2.验签错误信息：用户系统信息，请求项目名、接口名、请求时间、错误类型（用户信息不正确/参数与签名不一致）

日志缓存信息
接口请求成功信息：用户系统信息，请求项目名、接口名，请求时间

3.代码讲解

用户登录成功、生成key参数

//模拟用户登录成功
public String getMd5Key() {

        return "de456878b58568e29773e6a53b39d6ef";
    }

获取客户端信息

/**
 * 获取客户端的信息
 * @author 吴晓畅
 *
 */
public final class SystemUtils {
    /**
     * 获取访问者IP
     * 在一般情况下使用Request.getRemoteAddr()即可，但是经过nginx等反向代理软件后，这个方法会失效。
     *
     * 本方法先从Header中获取X-Real-IP，如果不存在再从X-Forwarded-For获得第一个IP(用,分割)，
     * 如果还不存在则调用Request .getRemoteAddr()。
     * @param request
     * @return
     */
    public  String getIpAddr(HttpServletRequest request) {
        String ip = request.getHeader("X-Real-IP");
        if (ip!= null && !"".equals(ip) && !"unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            return ip;
        }
        ip = request.getHeader("X-Forwarded-For");
        if (ip!= null && !"".equals(ip)  && !"unknown".equalsIgnoreCase(ip)) {
            // 多次反向代理后会有多个IP值，第一个为真实IP。
            int index = ip.indexOf(',');
            if (index != -1) {
                return ip.substring(0, index);
            } else {
                return ip;
            }
        } else {
            return request.getRemoteAddr();
        }
    }

    /**
     * 获取来访者的浏览器版本
     * @param request
     * @return
     */
    public  String getRequestBrowserInfo(HttpServletRequest request){
        String browserVersion = null;
        String header = request.getHeader("user-agent");
        if(header == null || header.equals("")){
            return "";
        }
        if(header.indexOf("MSIE")>0){
            browserVersion = "IE";
        }else if(header.indexOf("Firefox")>0){
            browserVersion = "Firefox";
        }else if(header.indexOf("Chrome")>0){
            browserVersion = "Chrome";
        }else if(header.indexOf("Safari")>0){
            browserVersion = "Safari";
        }else if(header.indexOf("Camino")>0){
            browserVersion = "Camino";
        }else if(header.indexOf("Konqueror")>0){
            browserVersion = "Konqueror";
        }
        return browserVersion;
    }

    /**
     * 获取系统版本信息
     * @param request
     * @return
     */
    public  String getRequestSystemInfo(HttpServletRequest request){
        String systenInfo = null;
        String header = request.getHeader("user-agent");
        if(header == null || header.equals("")){
            return "";
        }
        //得到用户的操作系统
        if (header.indexOf("NT 6.0") > 0){
            systenInfo = "Windows Vista/Server 2008";
        } else if (header.indexOf("NT 5.2") > 0){
            systenInfo = "Windows Server 2003";
        } else if (header.indexOf("NT 5.1") > 0){
            systenInfo = "Windows XP";
        } else if (header.indexOf("NT 6.0") > 0){
            systenInfo = "Windows Vista";
        } else if (header.indexOf("NT 6.1") > 0){
            systenInfo = "Windows 7";
        } else if (header.indexOf("NT 6.2") > 0){
            systenInfo = "Windows Slate";
        } else if (header.indexOf("NT 6.3") > 0){
            systenInfo = "Windows 9";
        } else if (header.indexOf("NT 5") > 0){
            systenInfo = "Windows 2000";
        } else if (header.indexOf("NT 4") > 0){
            systenInfo = "Windows NT4";
        } else if (header.indexOf("Me") > 0){
            systenInfo = "Windows Me";
        } else if (header.indexOf("98") > 0){
            systenInfo = "Windows 98";
        } else if (header.indexOf("95") > 0){
            systenInfo = "Windows 95";
        } else if (header.indexOf("Mac") > 0){
            systenInfo = "Mac";
        } else if (header.indexOf("Unix") > 0){
            systenInfo = "UNIX";
        } else if (header.indexOf("Linux") > 0){
            systenInfo = "Linux";
        } else if (header.indexOf("SunOS") > 0){
            systenInfo = "SunOS";
        }
        return systenInfo;
    }

    /**
     * 获取来访者的主机名称
     * @param ip
     * @return
     */
    public  String getHostName(String ip){
        InetAddress inet;
        try {
            inet = InetAddress.getByName(ip);
            return inet.getHostName();
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "";
    }

    /**
     * 命令获取mac地址
     * @param cmd
     * @return
     */
    private  String callCmd(String[] cmd) {
        String result = "";
        String line = "";
        try {
            Process proc = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
            InputStreamReader is = new InputStreamReader(proc.getInputStream());
            BufferedReader br = new BufferedReader (is);
            while ((line = br.readLine ()) != null) {
                result += line;
            }
        }catch(Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }
    /**
     *
     *
     *
     * @param cmd
     *            第一个命令
     *
     * @param another
     *            第二个命令
     *
     * @return 第二个命令的执行结果
     *
     */

    private  String callCmd(String[] cmd,String[] another) {
        String result = "";
        String line = "";
        try {
            Runtime rt = Runtime.getRuntime();
            Process proc = rt.exec(cmd);
            proc.waitFor(); // 已经执行完第一个命令，准备执行第二个命令
            proc = rt.exec(another);
            InputStreamReader is = new InputStreamReader(proc.getInputStream());
            BufferedReader br = new BufferedReader (is);
            while ((line = br.readLine ()) != null) {
                result += line;
            }
        }catch(Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }

    /**
     *
     *
     *
     * @param ip
     *            目标ip,一般在局域网内
     *
     * @param sourceString
     *            命令处理的结果字符串
     *
     * @param macSeparator
     *            mac分隔符号
     *
     * @return mac地址，用上面的分隔符号表示
     *
     */

    private  String filterMacAddress(final String ip, final String sourceString,final String macSeparator) {
        String result = "";
        String regExp = "((([0-9,A-F,a-f]{1,2}" + macSeparator + "){1,5})[0-9,A-F,a-f]{1,2})";
        Pattern pattern = Pattern.compile(regExp);
        Matcher matcher = pattern.matcher(sourceString);
        while(matcher.find()){
            result = matcher.group(1);
            if(sourceString.indexOf(ip) <= sourceString.lastIndexOf(matcher.group(1))) {
                break; // 如果有多个IP,只匹配本IP对应的Mac.
            }
        }
        return result;
    }

    /**
     * @param ip
     *            目标ip
     * @return Mac Address
     *
     */

    private  String getMacInWindows(final String ip){
        String result = "";
        String[] cmd = {"cmd","/c","ping " + ip};
        String[] another = {"cmd","/c","arp -a"};
        String cmdResult = callCmd(cmd,another);
        result = filterMacAddress(ip,cmdResult,"-");
        return result;
    }
    /**
     *
     * @param ip
     *            目标ip
     * @return Mac Address
     *
     */
    private  String getMacInLinux(final String ip){
        String result = "";
        String[] cmd = {"/bin/sh","-c","ping " +  ip + " -c 2 && arp -a" };
        String cmdResult = callCmd(cmd);
        result = filterMacAddress(ip,cmdResult,":");
        return result;
    }

    /**
     * 获取MAC地址
     *
     * @return 返回MAC地址
     */
    public  String getMacAddress(String ip){
        String macAddress = "";
        macAddress = getMacInWindows(ip).trim();
        if(macAddress==null||"".equals(macAddress)){
            macAddress = getMacInLinux(ip).trim();
        }
        return macAddress;
    }

    public  String getSystemMessage(HttpServletRequest request)
    {

        String ip = getIpAddr(request);

        String messsge = "IP地址为:" + ip + "&浏览器版本为:" + getRequestBrowserInfo(request) + "&系统版本为:" + getRequestSystemInfo(request)
                + "&主机名称为:" + getHostName(ip) + "&MAC地址为:" + getMacAddress(ip);

        return messsge;
    }
}

排序算法

/**
 * 对参数按key进行字典升序排列
 */
public class SortUtils {

    /**
     * @param paraMap 参数
     * @param encode 编码
     * @param isLower 是否小写
     * @return
     */
    public static String formatUrlParam(Map<String, String> paraMap, String encode, boolean isLower) {
        String params = "";
        Map<String, String> map = paraMap;

        try {
            List<Entry<String, String>> itmes = new ArrayList<Entry<String, String>>(map.entrySet());

            //对所有传入的参数按照字段名从小到大排序
            //Collections.sort(items); 默认正序
            //可通过实现Comparator接口的compare方法来完成自定义排序
            Collections.sort(itmes, new Comparator<Entry<String, String>>() {
                @Override
                public int compare(Entry<String, String> o1, Entry<String, String> o2) {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    return (o1.getKey().toString().compareTo(o2.getKey()));
                }
            });

            //构造URL 键值对的形式
            StringBuffer sb = new StringBuffer();
            for (Entry<String, String> item : itmes) {
                if (StringUtils.isNotBlank(item.getKey())) {
                    String key = item.getKey();
                    String val = item.getValue();
                    val = URLEncoder.encode(val, encode);
                    if (isLower) {
                        sb.append(key.toLowerCase() + "=" + val);
                    } else {
                        sb.append(key + "=" + val);
                    }
                    sb.append("&");
                }
            }

            params = sb.toString();
            if (!params.isEmpty()) {
                params = params.substring(0, params.length() - 1);
            }
        } catch (Exception e) {
            return "";
        }
        return params;
    }
}

MD5加密算法

public class MD5Utils {

    private static final String hexDigIts[] = {"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","a","b","c","d","e","f"};

    /**
     * MD5加密
     * @param origin 字符
     * @param charsetname 编码
     * @return
     */
    public static String MD5Encode(String origin, String charsetname){
        String resultString = null;
        try{
            resultString = new String(origin);
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            if(null == charsetname || "".equals(charsetname)){
                resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString.getBytes()));
            }else{
                resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString.getBytes(charsetname)));
            }
        }catch (Exception e){
        }
        return resultString;
    }


    public 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();
    }

    public 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];
    }

}

对客户端请求参数进行加签

/**
     * 进行加签
     *
     * @param key 用户的key
     *
     * @param valueMap 需要签名的集合，未处理前的
     * @return 处理后，返回的签名值
     */
    public String getSign(String key, Map<String, String>  valueMap)
    {

        String soreValueMap = SortUtils.formatUrlParam(valueMap, "utf-8", true);//对参数按key进行字典升序排列

        String signVlue = key + soreValueMap;//将key拼接在请求参数的前面

        String md5SignVlues = MD5Utils.MD5Encode(signVlue, "utf8");//形成MD5加密后的签名

        return md5SignVlues;

    }

进行验签

 /**
     * 进行验签操作
     *
     * @param valueMap 请求参数
     *
     * @param sign 接口调用方传过来的sign
     *
     * @return 验签成功返回true  否则返回false
     */
    public boolean verifySign(Map<String, String>  valueMap, String sign)
    {

        System.out.println("服务器接收签名为:"+sign);

        String soreValueMap = SortUtils.formatUrlParam(valueMap, "utf-8", true);//对参数按key进行字典升序排列

        String signVlue = getMd5Key() + soreValueMap;//将key拼接在请求参数的前面

        String md5SignVlues = MD5Utils.MD5Encode(signVlue, "utf8");//形成MD5加密后的签名

        System.out.println("服务端处理得到签名为:"+md5SignVlues);

        if(md5SignVlues.equals(sign))
        {
            return true;
        }

        return false;
    }

测试签名算法

@Test
//    public void testSigm(HttpServletRequest request)
    public void testSigm()
    {

//        SystemUtils systemUtils = new SystemUtils();
//
//        System.out.println(systemUtils.getSystemMessage(request));

        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

        map.put("a", "200");

        map.put("title", "测试标题");

        map.put("content", "测试内容");

        map.put("order_no","1807160812023");

        Map<String, String> map2 = new HashMap<String, String>();

        map2.put("a", "200");

        map2.put("title", "测试标题");

        map2.put("content", "测试内容");

        map2.put("order_no","1807160812023");

        String sign = getSign(getMd5Key(), map);

        System.out.println(verifySign(map2, sign));

    }

运行结果如下所示：

 

三、项目源码下载

链接：https://pan.baidu.com/s/1vgUxjtRY-V5TlqHjTcKDBw
提取码：qy38