实现接口签名安全认证

一）需求背景

现在app客户端请求后台服务是非常常用的请求方式，在我们写开放api接口时如何保证数据的安全， 我们先看看有哪些安全性的问题

• 请求来源(身份)是否合法？

• 请求参数被篡改？

• 请求的唯一性(不可复制)

二）采用参数签名的方式验证

为了保证数据在通信时的安全性，我们可以采用参数签名的方式来进行相关验证。

案例：

我们通过给某 [移动端(app)] 写 [后台接口(api)] 的案例进行分析：

• 客户端： 以下简称app

• 后台接口：以下简称api

我们通过app查询产品列表这个操作来进行分析：

 app中点击查询按钮==》调用api进行查询==》返回查询结果==>显示在app中

１）、不进行验证的方式

api查询接口：/getproducts?参数

app调用：http://api.test.com/getproducts?参数1=value1.......

如上，这种方式简单粗暴，通过调用getproducts方法即可获取产品列表信息了，但是 这样的方式会存在很严重的安全性问题， 没有进行任何的验证，大家都可以通过这个方法获取到产品列表，导致产品信息泄露。 那么，如何验证调用者身份呢？如何防止参数被篡改呢？

２）、MD5参数签名的方式

我们对api查询产品接口进行优化：

1.给app客户端分配对应的app_key(key=123456)、secret秘钥

2.Sign签名，调用API 时需要对请求参数进行签名验证，签名方式如下：

• a. 按照请求参数名称将所有请求参数按照字母先后顺序排序得到：keyvaluekeyvalue...keyvalue

如字符串：将arong=1,mrong=2,crong=3 排序为：arong=1, crong=3,mrong=2 然后将参数名和参数值进行拼接;最终得到参数字符串：arong1crong3mrong2。

• b. 将secret秘钥加在参数字符串的头部后进行MD5加密 ,加密后的字符串需大写。即得到签名Sign

新api接口代码:

app调用：http://api.test.com/getproducts?key=app_key&sign=BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35&参数1=value1&参数2=value2.......

注：secret秘钥 仅作加密使用, 为了保证数据安全请不要在请求参数中使用。

如上，优化后的请求多了key和sign参数，这样请求的时候就需要合法的key和正确签名sign才可以获取产品数据。

这样就解决了身份验证和防止参数篡改问题，如果请求参数被人拿走，没事，他们永远也拿不到secret,因为secret是不传递的。 再也无法伪造合法的请求。

示例演变：

http://api.test.com/getproducts?a=1&c=world&b=hello
http://api.test.com/getproducts?a=1&c=world&b=hello&key=123456&sign=BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35

客户端的算法 要和 我们服务器端的算法是一致的

将参数排序，和secret秘钥进行拼接

“a=1&b=hello&c=world&key=1” 和秘钥(secret=123456)进行拼接

“a=1&b=hello&c=world&123456” =》md5 加密 ===》字符串sign= BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35

最终得到结果

http://api.test.com/getproducts?a=1&c=world&b=hello&key=2&sign=BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35

服务器端如何验证？

• 判断key来验证客户端身份是否合法

• 判断参数是否被篡改： 服务器也生成一个sign签名，算法和客户端的一致。

流程：

a=2&c=world&b=hello ==》“a=2&b=hello&c=world” ==》secret=123456==》 “a=2&b=hello&c=world&123456” ==》md5 ===》服务器生成的sign ===》如果和客户端传过来的sign一致，就代表合法===》验证参数是否被篡改

３）、不可复制

第二种方案就够了吗？我们会发现，如果我获取了你完整的链接，一直使用你的key和sign和一样的参数不就可以正常获取数据了...-_-!是的，仅仅是如上的优化是不够的

请求的唯一性：

为了防止别人重复使用请求参数问题，我们需要保证请求的唯一性，就是对应请求只能使用一次， 这样就算别人拿走了请求的完整链接也是无效的。

唯一性的实现：

在如上的请求参数中，我们加入时间戳timestamp（yyyyMMddHHmmss），同样，时间戳作为请求参数之一， 也加入sign算法中进行加密。

新的api接口： app调用：http://api.test.com/getproducts?key=app_key&sign=BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35&timestamp=201803261407&参数1=value1&参数2=value2.......

示例演变过程

http://api.test.com/getproducts?a=1&c=world&b=hello
http://api.test.com/getproducts?a=1&c=world&b=hello&key=1&sign=BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35&time=201801232

time是客户端发起请求的那一时刻，传过来的

客户端的算法 要和 我们服务器端的算法是一致的

将参数排序，和secret秘钥进行拼接

“a=1&b=hello&c=world&time=201801232”和秘钥(secret=123456)进行拼接

“a=1&b=hello&c=world&time=201801232&123456” =》md5 加密 ===》字符串sign= BCC7C71CF93F9CDBDB88671B701D8A35

• 判断key来验证客户端身份是否合法

• 判断参数是否被篡改： 服务器也生成一个sign签名，算法和客户端的一致。

• time=客户端在调用这个接口那一刻传的时间 服务器去处理这个接口请求的当前时间 相减，如果这个大于10s；这个链接应该是被人家截取 如果小于10s，表示正常请求

如上，我们通过timestamp时间戳用来验证请求是否过期。这样就算被人拿走完整的请求链接也是无效的。

４）、总结

Sign签名安全性分析： 通过上面的案例，我们可以看出，安全的关键在于参与签名的secret秘钥，整个过程中secret秘钥是不参与通信的， 所以只要保证secret秘钥不泄露，请求就不会被伪造。

上述的Sign签名的方式能够在一定程度上防止信息被篡改和伪造，保障通信的安全，这里使用的是MD5进行加密， 当然实际使用中大家可以根据实际需求进行自定义签名算法，比如：RSA，SHA等。

三、设计方案

配置nginx.conf

location /sign {
	access_by_lua_file /usr/local/lua/access_by_sign.lua;
	echo "sign验证成功";
}

编辑access_by_sign.lua

--判断table是否为空
local function isTableEmpty(t)
    return t == nil or next(t) == nil
end

--两个table合并
local function union(table1,table2)
	for k, v in pairs(table2) do
		table1[k] = v
    end
    return table1
end

--检验请求的sign签名是否正确
--params:传入的参数值组成的table
--secret:项目secret，根据key找到secret
local function signcheck(params,secret)
	--判断参数是否为空，为空报异常
	if isTableEmpty(params) then
		local mess="参数为空"
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
        return false,mess
	end
	
	if secret == nil then
		local mess="私钥为空"
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
		return false,mess
	end
	
	local key = params["key"]; --平台分配给某客户端类型的keyID
	if key == nil then
		local mess="key值为空"
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
		return false,mess
	end
	
	--判断是否有签名参数
	local sign = params["sign"]
	if sign == nil then
		local mess="签名参数为空"
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
        return false,mess
	end
	
	--是否存在时间戳的参数
	local timestamp = params["time"]
	if timestamp == nil then
		local mess="时间戳参数为空"
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
        return false,mess
	end
	
	--时间戳有没有过期，10秒过期
	local now_mill = ngx.now() * 1000 --毫秒级
	if now_mill - timestamp > 10000 then
		local mess="链接过期"
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
        return false,mess
	end
	
	local keys, tmp = {}, {}

    --提出所有的键名并按字符顺序排序
    for k, _ in pairs(params) do 
		if k ~= "sign" then --去除掉
			keys[#keys+1]= k
		end
    end
	table.sort(keys)
	--根据排序好的键名依次读取值并拼接字符串成key=value&key=value
    for _, k in pairs(keys) do
        if type(params[k]) == "string" or type(params[k]) == "number" then 
            tmp[#tmp+1] = k .. "=" .. tostring(params[k])
        end
    end
	
	--将salt添加到最后，计算正确的签名sign值并与传入的sign签名对比，
    local signchar = table.concat(tmp, "&") .."&"..secret
    local rightsign = ngx.md5(signchar);
	if sign ~= rightsign then
        --如果签名错误返回错误信息并记录日志，
        local mess="sign error: sign,"..sign .. " right sign:" ..rightsign.. " sign_char:" .. signchar
        ngx.log(ngx.ERR, mess)
        return false,mess
    end
    return true
end

local params = {}

local get_args = ngx.req.get_uri_args();
ngx.req.read_body()
local post_args = ngx.req.get_post_args();

union(params,get_args)

union(params,post_args)

local secret = "123456"  --根据keyID到后台服务获取secret

local checkResult,mess = signcheck(params,secret)

if not checkResult then
	ngx.say(mess);
	return ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN) --直接返回403
end 

使用java模拟请求

package com.rainbow.sign;

import java.io.IOException;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.MessageDigest;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class SignApplication {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		SpringApplication.run(SignApplication.class, args);
		
		HashMap<String,String> params = new HashMap<String,String>();
		
		params.put("key", "1");
		params.put("a", "1");
		params.put("c", "w");
		params.put("b", "2");
		
		long time = new Date().getTime();
		
		params.put("time", "" + time);
		
		System.out.println(time);
		
		String sign = getSignature(params,"123456");
		
		System.out.println(sign);
		
		params.put("sign", sign);
		
		String resp = HttpUtil.doGet("http://192.168.31.150/sign",params);
		
		System.out.println(resp);
	}
	
	/**
	 * 签名生成算法
	 * @param HashMap<String,String> params 请求参数集，所有参数必须已转换为字符串类型
	 * @param String secret 签名密钥
	 * @return 签名
	 * @throws IOException
	 */
	public static String getSignature(HashMap<String,String> params, String secret) throws IOException
	{
	    // 先将参数以其参数名的字典序升序进行排序
	    Map<String, String> sortedParams = new TreeMap<String, String>(params);
	    Set<Entry<String, String>> entrys = sortedParams.entrySet();
	 
	    // 遍历排序后的字典，将所有参数按"key=value"格式拼接在一起
	    StringBuilder basestring = new StringBuilder();
	    for (Entry<String, String> param : entrys) {
	    	if(basestring.length() != 0){
	    		basestring.append("&");
	    	}
	        basestring.append(param.getKey()).append("=").append(param.getValue());
	    }
	    basestring.append("&");
	    basestring.append(secret);
	    
	    System.out.println("basestring="+basestring);
	 
	    // 使用MD5对待签名串求签
	    byte[] bytes = null;
	    try {
	        MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
	        bytes = md5.digest(basestring.toString().getBytes("UTF-8"));
	    } catch (GeneralSecurityException ex) {
	        throw new IOException(ex);
	    }
	    
	    String strSign = new String(bytes);
	    System.out.println("strSign="+strSign);
	    // 将MD5输出的二进制结果转换为小写的十六进制
	    StringBuilder sign = new StringBuilder();
	    for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
	        String hex = Integer.toHexString(bytes[i] & 0xFF);
	        if (hex.length() == 1) {
	            sign.append("0");
	        }
	        sign.append(hex);
	    }
	    return sign.toString();
	}
}