从resfful API设计到加密算法

Posted 2020-08-17 谷子弟

众所周知，SOAP 是基于XML的webservice协议，传的数据都是xml格式的，而当下resftul设计比较火，因为快效率高，但是安全性就不及SOAP，

SOAP定义了xml-security的一些规范，除了传数据，还要传额外的安全认证信息。而restful设计没有对安全性规范做什么定义。

那么如何确保Restful设计的安全性呢？

其实不管什么SOA协议，都要面临着安全性问题，也就是客户端和服务器端之间的认证问题，这里顺便扯一下SOA，SOA就是对外提供服务接口的一种思想，可以很多技术实现，什么XML-RPC，RMI，SOAP，Restful等等，（当然前面两种用得很少了）

通常认证有几种情形，

1：常用的用户名密码+认证码登录(登录验证)

2：Cookie + Session

原理即当客户端登录完毕之后，给客户端返回一个 cookie ，服务器端控制该 session 的有效期， 每次请求都带上该值，然后服务器端做验证，退出之后，客户端通知服务端端销毁 session ，自身销毁 cookie 。但是如果抓包获取到 cookie ，就能任意伪造请求了。

危险性高，实际开发估计使用得还不少。

3：基于2的问题，对于CSRF攻击，我们通常会额外生成一个token，放在HttpSession里，每次get/post请求都必须带上这个token，前端JSP通过session.getAttribute("token")就能获取到。如果前后端完全分离的话，那先要握一次手，由客户端保存住token。

4: 太小看黑客了，包都能抓到，token也能抓到，所以方法3也然并卵。

于是想一种办法，让黑客即使抓到包也看不懂，yes，就必须对关键信息进行加密。而且加密还得越复杂越好，让黑客逆向不出来。

加密的问题后面再说，参考（http://www.tuicool.com/articles/Zb6j6rR）的一种认证方法很好，

Api Key + Security Key + Sign

这里的认证逻辑即：

1. 用户登录返回一个 api_key 和 security_key ；

2. 然后客户端将 security_key 存在客户端；

3. 当要发送请求之前，通过 function2 加密方法，把如图所示的五个值一起加密，得到一个 sign ；

4. 发送请求的时候，则将除去 security_key 之外的值，以及 sign 一起发送给服务器端；

5. 服务器端首先验证时间戳是否有效，比如是服务器时间戳5分钟之前的请求视为无效；

6. 然后根据 api_key 验证 sercurity_key ；

7. 最后验证 sign 。

是否需要加上时间戳验证？

上面的认证逻辑中加密得到签名的时候，把时间戳加进去是为了在一定程度上屏蔽了一些无效的请求，可以略去，也可以设计的更加严格。 如果想防止恶意的 api ddos 攻击，这一步验证肯定是不行的。需要做更多的验证，比如用户验证，ip 验证等。 可以参考 github 的 api 的设计 。它会在返回的 http 头信息里带上

X-RateLimit-Limit: 5000
X-RateLimit-Remaining: 4999

表示这个接口在某一时间段内，该授权用户调用该接口的最大次数为5000次，该时间段内还剩余4999次。当然，这样的验证加上之后，在代码的执行效率上肯定会有所影响。

是否需要将 request_parameters 也加入到 sign 生成的算法之中？

也不是必须的，仅仅是为了请求的真实性，减少请求的伪造，比如 有人抓包拿到 http 请求之后，如果没有验证 sign 这步，那么别人就可以非常简单的修改请求的参数，而请求都会生效。

血的教训，自己经历的一个实际案例：

一个取消用户喜欢的标签的接口，该接口会向服务器端发送类似于 ids=1,2,3,4 这样的 request_parameters ，然后服务器端拿到这些 id 之后切割，然后将该用户和这些标签的关系从 user_tag 表中删除。某个周末，数据库服务器报警，而依照我们用户习惯，那个时间不存在流量高峰，这个报警很不正常，正准备处理，报警结束了，但是过了一段时间就有用户反应他们喜欢的标签都被删了。

通过查询数据库的慢日志，发现有很多注入的 sql。

DELETE FROM `user_tag` WHERE uid=4385328 AND tid=1 OR 14=14;
DELETE FROM `user_tag` WHERE uid=4385328 AND tid=1 OR 91=91;

原来 没有对切割之后的 id 没有做数字验证，估计黑客就是传的 ids=1 OR 14=14,2,3 ，而一个 delete 操作可能超时，他丫的就搞了很多次请求，真是够狠的。

幸运，数据库还有定时的打包备份，大部分用户的数据还是恢复了，同时修复了这一漏洞。

所以如果这里将 request_parameters 也加入到签名之中，就减少了伪造请求的可能性，但是无法杜绝，破坏者可能就非要黑你，又对逆向工程非常熟悉，找到我们加密算法的实现，依然可以未知出合法的签名，所以我们常说，服务器端永远不能相信客户端的请求都是安全的、合法的，需要做验证的都还是不能省略。

同时这（ sign 算法）也造成了 api 接口调试的成本，api 测试工具必须也得实现那一套算法，或者是设置在开发环境下不做验证。我们在配置开发环境的时候则是 vpn 连测试服务器所在内网，然后进行测试，否则开发环境也存在被人利用的风险。

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好了，说实话，上面那位老兄的第六步没看太明白，根据APIkey check securitykey ，我理解securitykey 应该就是第一次握手生成的通常意义的token，


而这个APIkey则是类似于百度开发者那种key，是和用户绑定的，表示这个用户可以用我的api，每次请求都必须要有，

这个securitykey 是根据某种规则（加了时间戳作为salt），并且是基于APIkey生成的，这样才说的通。

那服务器端验证，先根据传过来的APIkey，生成securitykey，再和其他传过来的timestamp和request_parameters 和endpoint和前端采用同样的加密方法生成

一个sign，再和前端传过来的sign比较，一致就算pass，接下来就那securitykey 愉快地和服务器端（对称加密）消息通信啦。

黑客面临两个难点，一是要知道由APIkey生成securitykey的方法，二是要知道图中function2的加密算法，

然鹅，黑客如果在服务器端第一次给客户端APIkey和securitykey的时候就获取到它们两，而客户端的functions恰好又是js写的，那么这种方法也是然并卵的。

5：这个时候要讨论一下加密算法了。

对称加密（Symmetric Cryptography）

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式，加密（encryption）与解密（decryption）用的是同样的密钥（secret key）。对称加密有很多种算法，由于它效率很高，所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。

对称加密通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256 bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥，那黑客们可以先试着用0来解密，不行的话就再用1解；但如果你的密钥有1 MB大，黑客们可能永远也无法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是一个trade-off（权衡）。

非对称加密（Asymmetric Cryptography）

 非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法，它使用了一对密钥，公钥（public key）和私钥（private key）。私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。

目前最常用的非对称加密算法是RSA算法，是Rivest, Shamir, 和Adleman于1978年发明，他们那时都是在MIT

虽然非对称加密很安全，但是和对称加密比起来，它非常的慢，所以我们还是要用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。 所以，结合方法4和方法5，正常的握手流程应该是这样的。

（1） 用户登录返回一个 公钥（publickey），一个APIkey作为用户识别key。

（2） 浏览器生成了一个随机数作为对称密钥（securitykey ）, 并用公钥对自己的对称密钥加密，浏览器将加密后的对称密钥发送给服务器。

（3） 服务器使用私钥解密得到浏览器的对称密钥。

（4） 两边可以使用对称密钥来对沟通的内容进行加密与解密了。

这招应该能让黑客傻眼了吧。但前提是用户名和密码可别泄漏了。

 

最后再说一下soap和rest的适用场景，

其实SOA本质就是一种网络函数调用，如果我们的需求都可以抽象成资源，就可以用rest，而且抽象得越精确越好，

个人感觉，如今大多数项目都是对某些数据（对象）CRUD，即使对与工作流等偏数据处理类的应用，也是一种活动或处理的调用而已，

验证，log，异常处理都可以交给spring，那么我想选择rest的根本原因还是在于它的高效率上吧。