前言
为了确保软件接口的标准化和规范化,实现业务模块的重用性和灵活性,并提高接口的易用性和安全性,OpenAPI规范应运而生。这一规范通过制定统一的接口协议,规定了接口的格式、参数、响应和使用方法等内容,从而提高了接口的可维护性和可扩展性。同时,为了也需要考虑接口的安全性和稳定性,本文将针对这些方面介绍一些具体的实践方式。
一、AppId和AppSecret
AppId的使用
AppId
作为一种全局唯一的标识符,其作用主要在于方便用户身份识别以及数据分析等方面。为了防止其他用户通过恶意使用别人的AppId
来发起请求,一般都会采用配对AppSecret
的方式,类似于一种密码。AppId
和AppSecret
通常会组合生成一套签名,并按照一定规则进行加密处理。在请求方发起请求时,需要将这个签名值一并提交给提供方进行验证。如果签名验证通过,则可以进行数据交互,否则将被拒绝。这种机制能够保证数据的安全性和准确性,提高系统的可靠性和可用性。
AppId的生成
正如前面所说,AppId
就是有一个身份标识,生成时只要保证全局唯一即可。
AppSecret生成
AppSecret
就是密码,按照一般的的密码安全性要求生成即可。
二、sign签名
RSASignature
首先,在介绍签名方式之前,我们必须先了解2个概念,分别是:非对称加密算法(比如:RSA)、摘要算法(比如:MD5)。
简单来说,非对称加密的应用场景一般有两种,一种是公钥加密,私钥解密,可以应用在加解密场景中(不过由于非对称加密的效率实在不高,用的比较少),还有一种就是结合摘要算法,把信息经过摘要后,再用私钥加密,公钥用来解密,可以应用在签名场景中,也是我们将要使用到的方式。
大致看看RSASignature
签名的方式,稍后用到SHA256withRSA
底层就是使用的这个方法。
摘要算法与非对称算法的最大区别就在于,它是一种不需要密钥的且不可逆的算法,也就是一旦明文数据经过摘要算法计算后,得到的密文数据一定是不可反推回来的。
签名的作用
好了,现在我们再来看看签名,签名主要可以用在两个场景,一种是数据防篡改,一种是身份防冒充,实际上刚好可以对应上前面我们介绍的两种算法。
数据防篡改
顾名思义,就是防止数据在网络传输过程中被修改,摘要算法可以保证每次经过摘要算法的原始数据,计算出来的结果都一样,所以一般接口提供方只要用同样的原数据经过同样的摘要算法,然后与接口请求方生成的数据进行比较,如果一致则表示数据没有被篡改过。
身份防冒充
这里身份防冒充,我们就要使用另一种方式,比如SHA256withRSA
,其实现原理就是先用数据进行SHA256
计算,然后再使用RSA
私钥加密,对方解的时候也一样,先用RSA
公钥解密,然后再进行SHA256
计算,最后看结果是否匹配。
三、使用示例
前置准备
appId、appSecret
可直接通过线下的方式给到接入方,appSecret
需要接入方自行保存好,避免泄露。也可以自行交互流程
客户端准备
// 业务请求参数
UserEntity userEntity = new UserEntity();
userEntity.setUserId("1");
userEntity.setPhone("13912345678");
// 使用sha256的方式生成签名
String sign = getSHA256Str(JSONObject.toJSONString(userEntity));
sign=c630885277f9d31cf449697238bfc6b044a78545894c83aad2ff6d0b7d486bc5
header
部的参数,可以使用&
符合连接,使用Set
集合完成自然排序,并且过滤参数为空的key
,最后使用私钥加签的方式,得到appSign
。Map data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set keySet = data.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[keySet.size()]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (data.get(k).trim().length() > 0) // 参数值为空,则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(data.get(k).trim()).append("&");
}
sb.append("appSecret=").append(appSecret);
System.out.println("【请求方】拼接后的参数:" + sb.toString());
System.out.println();
【请求方】拼接后的参数:appId=123456&nonce=1234&sign=c630885277f9d31cf449697238bfc6b044a78545894c83aad2ff6d0b7d486bc5×tamp=1653057661381&appSecret=654321
【请求方】appSign:m/xk0fkDZlHEkbYSpCPdpbriG/EWG9gNZtInoYOu2RtrLMzHNM0iZe1iL4p/+IedAJN2jgG9pS5o5NZH1i55TVoTbZePdCbR9CEJoHq2TZLIiKPeoRgDimAl14V5jHZiMQCXS8RxWT63W8MKFyZQtB7xCtxVD7+IvLGQOAWn7QX+EmfAUvhgjkaVf2YLk9J9LqtyjfTYeloiP901ZsBZo5y9Gs5P73b+JoEcxmGZRv+Fkv3HnHWTQEpl7W6Lrmd0j44/XupwzHxaanRo5k0ALOVSFohdyMtHk3eOYx/bj+GeMKf8PN4J4tsPndnjyu4XUOnh74aaW9oC2DLiIzr4+Q==
Header header = Header.builder()
.appId(appId)
.nonce(nonce)
.sign(sign)
.timestamp(timestamp)
.appSign(appSign)
.build();
APIRequestEntity apiRequestEntity = new APIRequestEntity();
apiRequestEntity.setHeader(header);
apiRequestEntity.setBody(userEntity);
String requestParam = JSONObject.toJSONString(apiRequestEntity);
System.out.println("【请求方】接口请求参数: " + requestParam);
【请求方】接口请求参数: {"body":{"phone":"13912345678","userId":"1"},"header":{"appId":"123456","appSign":"m/xk0fkDZlHEkbYSpCPdpbriG/EWG9gNZtInoYOu2RtrLMzHNM0iZe1iL4p/+IedAJN2jgG9pS5o5NZH1i55TVoTbZePdCbR9CEJoHq2TZLIiKPeoRgDimAl14V5jHZiMQCXS8RxWT63W8MKFyZQtB7xCtxVD7+IvLGQOAWn7QX+EmfAUvhgjkaVf2YLk9J9LqtyjfTYeloiP901ZsBZo5y9Gs5P73b+JoEcxmGZRv+Fkv3HnHWTQEpl7W6Lrmd0j44/XupwzHxaanRo5k0ALOVSFohdyMtHk3eOYx/bj+GeMKf8PN4J4tsPndnjyu4XUOnh74aaW9oC2DLiIzr4+Q==","nonce":"1234","sign":"c630885277f9d31cf449697238bfc6b044a78545894c83aad2ff6d0b7d486bc5","timestamp":"1653057661381"}}
服务端准备
body
的内容,然后签名,完成对参数校验Header header = apiRequestEntity.getHeader();
UserEntity userEntity = JSONObject.parseObject(JSONObject.toJSONString(apiRequestEntity.getBody()), UserEntity.class);
// 首先,拿到参数后同样进行签名
String sign = getSHA256Str(JSONObject.toJSONString(userEntity));
if (!sign.equals(header.getSign())) {
throw new Exception("数据签名错误!");
}
header
中获取相关信息,并使用公钥进行验签,完成身份认证// 从header中获取相关信息,其中appSecret需要自己根据传过来的appId来获取
String appId = header.getAppId();
String appSecret = getAppSecret(appId);
String nonce = header.getNonce();
String timestamp = header.getTimestamp();
// 按照同样的方式生成appSign,然后使用公钥进行验签
Map data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set keySet = data.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[keySet.size()]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (data.get(k).trim().length() > 0) // 参数值为空,则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(data.get(k).trim()).append("&");
}
sb.append("appSecret=").append(appSecret);
if (!rsaVerifySignature(sb.toString(), appKeyPair.get(appId).get("publicKey"), header.getAppSign())) {
throw new Exception("公钥验签错误!");
}
System.out.println();
System.out.println("【提供方】验证通过!");
完整代码示例
package openApi;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.google.common.collect.Maps;
import lombok.SneakyThrows;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.*;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.*;
public class AppUtils {
/**
* key:appId、value:appSecret
*/
static Map appMap = Maps.newConcurrentMap();
/**
* 分别保存生成的公私钥对
* key:appId,value:公私钥对
*/
static Map appKeyPair = Maps.newConcurrentMap();
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 模拟生成appId、appSecret
String appId = initAppInfo();
// 根据appId生成公私钥对
initKeyPair(appId);
// 模拟请求方
String requestParam = clientCall();
// 模拟提供方验证
serverVerify(requestParam);
}
private static String initAppInfo() {
// appId、appSecret生成规则,依据之前介绍过的方式,保证全局唯一即可
String appId = "123456";
String appSecret = "654321";
appMap.put(appId, appSecret);
return appId;
}
private static void serverVerify(String requestParam) throws Exception {
APIRequestEntity apiRequestEntity = JSONObject.parseObject(requestParam, APIRequestEntity.class);
Header header = apiRequestEntity.getHeader();
UserEntity userEntity = JSONObject.parseObject(JSONObject.toJSONString(apiRequestEntity.getBody()), UserEntity.class);
// 首先,拿到参数后同样进行签名
String sign = getSHA256Str(JSONObject.toJSONString(userEntity));
if (!sign.equals(header.getSign())) {
throw new Exception("数据签名错误!");
}
// 从header中获取相关信息,其中appSecret需要自己根据传过来的appId来获取
String appId = header.getAppId();
String appSecret = getAppSecret(appId);
String nonce = header.getNonce();
String timestamp = header.getTimestamp();
// 按照同样的方式生成appSign,然后使用公钥进行验签
Map data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set keySet = data.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[keySet.size()]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (data.get(k).trim().length() > 0) // 参数值为空,则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(data.get(k).trim()).append("&");
}
sb.append("appSecret=").append(appSecret);
if (!rsaVerifySignature(sb.toString(), appKeyPair.get(appId).get("publicKey"), header.getAppSign())) {
throw new Exception("公钥验签错误!");
}
System.out.println();
System.out.println("【提供方】验证通过!");
}
public static String clientCall() {
// 假设接口请求方与接口提供方,已经通过其他渠道,确认了双方交互的appId、appSecret
String appId = "123456";
String appSecret = "654321";
String timestamp = String.valueOf(System.currentTimeMillis());
// 应该为随机数,演示随便写一个
String nonce = "1234";
// 业务请求参数
UserEntity userEntity = new UserEntity();
userEntity.setUserId("1");
userEntity.setPhone("13912345678");
// 使用sha256的方式生成签名
String sign = getSHA256Str(JSONObject.toJSONString(userEntity));
Map data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set keySet = data.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[keySet.size()]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (data.get(k).trim().length() > 0) // 参数值为空,则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(data.get(k).trim()).append("&");
}
sb.append("appSecret=").append(appSecret);
System.out.println("【请求方】拼接后的参数:" + sb.toString());
System.out.println();
// 使用sha256withRSA的方式对header中的内容加签
String appSign = sha256withRSASignature(appKeyPair.get(appId).get("privateKey"), sb.toString());
System.out.println("【请求方】appSign:" + appSign);
System.out.println();
// 请求参数组装
Header header = Header.builder()
.appId(appId)
.nonce(nonce)
.sign(sign)
.timestamp(timestamp)
.appSign(appSign)
.build();
APIRequestEntity apiRequestEntity = new APIRequestEntity();
apiRequestEntity.setHeader(header);
apiRequestEntity.setBody(userEntity);
String requestParam = JSONObject.toJSONString(apiRequestEntity);
System.out.println("【请求方】接口请求参数: " + requestParam);
return requestParam;
}
/**
* 私钥签名
*
* @param privateKeyStr
* @param dataStr
* @return
*/
public static String sha256withRSASignature(String privateKeyStr, String dataStr) {
try {
byte[] key = Base64.getDecoder().decode(privateKeyStr);
byte[] data = dataStr.getBytes();
PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(key);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
signature.initSign(privateKey);
signature.update(data);
return new String(Base64.getEncoder().encode(signature.sign()));
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("签名计算出现异常", e);
}
}
/**
* 公钥验签
*
* @param dataStr
* @param publicKeyStr
* @param signStr
* @return
* @throws Exception
*/
public static boolean rsaVerifySignature(String dataStr, String publicKeyStr, String signStr) throws Exception {
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.getDecoder().decode(publicKeyStr));
PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
signature.initVerify(publicKey);
signature.update(dataStr.getBytes());
return signature.verify(Base64.getDecoder().decode(signStr));
}
/**
* 生成公私钥对
*
* @throws Exception
*/
public static void initKeyPair(String appId) throws Exception {
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(2048);
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
Map keyMap = Maps.newHashMap();
keyMap.put("publicKey", new String(Base64.getEncoder().encode(publicKey.getEncoded())));
keyMap.put("privateKey", new String(Base64.getEncoder().encode(privateKey.getEncoded())));
appKeyPair.put(appId, keyMap);
}
private static String getAppSecret(String appId) {
return String.valueOf(appMap.get(appId));
}
@SneakyThrows
public static String getSHA256Str(String str) {
MessageDigest messageDigest;
messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
byte[] hash = messageDigest.digest(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
return Hex.encodeHexString(hash);
}
}
四、常见防护手段
timestamp
前面在接口设计中,我们使用到了timestamp
,这个参数主要可以用来防止同一个请求参数被无限期的使用。
稍微修改一下原服务端校验逻辑,增加了5分钟有效期的校验逻辑。
private static void serverVerify(String requestParam) throws Exception {
APIRequestEntity apiRequestEntity = JSONObject.parseObject(requestParam, APIRequestEntity.class);
Header header = apiRequestEntity.getHeader();
UserEntity userEntity = JSONObject.parseObject(JSONObject.toJSONString(apiRequestEntity.getBody()), UserEntity.class);
// 首先,拿到参数后同样进行签名
String sign = getSHA256Str(JSONObject.toJSONString(userEntity));
if (!sign.equals(header.getSign())) {
throw new Exception("数据签名错误!");
}
// 从header中获取相关信息,其中appSecret需要自己根据传过来的appId来获取
String appId = header.getAppId();
String appSecret = getAppSecret(appId);
String nonce = header.getNonce();
String timestamp = header.getTimestamp();
// 请求时间有效期校验
long now = LocalDateTime.now().atZone(ZoneId.systemDefault()).toInstant().toEpochMilli();
if ((now - Long.parseLong(timestamp)) / 1000 / 60 >= 5) {
throw new Exception("请求过期!");
}
cache.put(appId + "_" + nonce, "1");
// 按照同样的方式生成appSign,然后使用公钥进行验签
Map data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set keySet = data.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[0]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (data.get(k).trim().length() > 0) // 参数值为空,则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(data.get(k).trim()).append("&");
}
sb.append("appSecret=").append(appSecret);
if (!rsaVerifySignature(sb.toString(), appKeyPair.get(appId).get("publicKey"), header.getAppSign())) {
throw new Exception("验签错误!");
}
System.out.println();
System.out.println("【提供方】验证通过!");
}
nonce
nonce
值是一个由接口请求方生成的随机数,在有需要的场景中,可以用它来实现请求一次性有效,也就是说同样的请求参数只能使用一次,这样可以避免接口重放攻击。
具体实现方式:接口请求方每次请求都会随机生成一个不重复的nonce
值,接口提供方可以使用一个存储容器(为了方便演示,我使用的是guava
提供的本地缓存,生产环境中可以使用redis
这样的分布式存储方式),每次先在容器中看看是否存在接口请求方发来的nonce
值,如果不存在则表明是第一次请求,则放行,并且把当前nonce
值保存到容器中,这样,如果下次再使用同样的nonce
来请求则容器中一定存在,那么就可以判定是无效请求了。
这里可以设置缓存的失效时间为5分钟,因为前面有效期已经做了5分钟的控制。
static Cache cache = CacheBuilder.newBuilder()
.expireAfterWrite(5, TimeUnit.MINUTES)
.build();
private static void serverVerify(String requestParam) throws Exception {
APIRequestEntity apiRequestEntity = JSONObject.parseObject(requestParam, APIRequestEntity.class);
Header header = apiRequestEntity.getHeader();
UserEntity userEntity = JSONObject.parseObject(JSONObject.toJSONString(apiRequestEntity.getBody()), UserEntity.class);
// 首先,拿到参数后同样进行签名
String sign = getSHA256Str(JSONObject.toJSONString(userEntity));
if (!sign.equals(header.getSign())) {
throw new Exception("数据签名错误!");
}
// 从header中获取相关信息,其中appSecret需要自己根据传过来的appId来获取
String appId = header.getAppId();
String appSecret = getAppSecret(appId);
String nonce = header.getNonce();
String timestamp = header.getTimestamp();
// 请求时间有效期校验
long now = LocalDateTime.now().atZone(ZoneId.systemDefault()).toInstant().toEpochMilli();
if ((now - Long.parseLong(timestamp)) / 1000 / 60 >= 5) {
throw new Exception("请求过期!");
}
// nonce有效性判断
String str = cache.getIfPresent(appId + "_" + nonce);
if (Objects.nonNull(str)) {
throw new Exception("请求失效!");
}
cache.put(appId + "_" + nonce, "1");
// 按照同样的方式生成appSign,然后使用公钥进行验签
Map data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set keySet = data.keySet();
String[] keyArray = keySet.toArray(new String[0]);
Arrays.sort(keyArray);
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (String k : keyArray) {
if (data.get(k).trim().length() > 0) // 参数值为空,则不参与签名
sb.append(k).append("=").append(data.get(k).trim()).append("&");
}
sb.append("appSecret=").append(appSecret);
if (!rsaVerifySignature(sb.toString(), appKeyPair.get(appId).get("publicKey"), header.getAppSign())) {
throw new Exception("验签错误!");
}
System.out.println();
System.out.println("【提供方】验证通过!");
}
访问权限
数据访问权限,一般可根据appId的身份来获取开放给其的相应权限,要确保每个appId只能访问其权限范围内的数据。
参数合法性校验
参数的合法性校验应该是每个接口必备的,无论是前端发起的请求,还是后端的其他调用都必须对参数做校验,比如:参数的长度、类型、格式,必传参数是否有传,是否符合约定的业务规则等等。
推荐使用SpringBoot Validation
来快速实现一些基本的参数校验。
参考如下示例:
@Data
@ToString
public class DemoEntity {
// 不能为空,比较时会除去空格
@NotBlank(message = "名称不能为空")
private String name;
// amount必须是一个大于等于5,小于等于10的数字
@DecimalMax(value = "10")
@DecimalMin(value = "5")
private BigDecimal amount;
// 必须符合email格式
@Email
private String email;
// size长度必须在5到10之间
@Size(max = 10, min = 5)
private String size;
// age大小必须在18到35之间
@Min(value = 18)
@Max(value = 35)
private int age;
// user不能为null
@NotNull
private User user;
// 限制必须为小数,且整数位integer最多2位,小数位fraction最多为4位
@Digits(integer = 2, fraction = 4)
private BigDecimal digits;
// 限制必须为未来的日期
@Future
private Date future;
// 限制必须为过期的日期
@Past
private Date past;
// 限制必须是一个未来或现在的时间
@FutureOrPresent
private Date futureOrPast;
// 支持正则表达式
@Pattern(regexp = "^\d+$")
private String digit;
}
@RestController
@Slf4j
@RequestMapping("/valid")
public class TestValidController {
@RequestMapping("/demo1")
public String demo12(@Validated @RequestBody DemoEntity demoEntity) {
try {
return "SUCCESS";
} catch (Exception e) {
log.error(e.getMessage(), e);
return "FAIL";
}
}
}
限流保护
在设计接口时,我们应当对接口的负载能力做出评估,尤其是开放给外部使用时,这样当实际请求流量超过预期流量时,我们便可采取相应的预防策略,以免服务器崩溃。
一般来说限流主要是为了防止恶意刷站请求,爬虫等非正常的业务访问,因此一般来说采取的方式都是直接丢弃超出阈值的部分。
限流的具体实现有多种,单机版可以使用Guava的RateLimiter
,分布式可以使用Redis
,想要更加完善的成套解决方案则可以使用阿里开源的Sentinel
。
敏感数据访问
敏感信息一般包含,身份证、手机号、银行卡号、车牌号、姓名等等,应该按照脱敏规则进行处理。
白名单机制
使用白名单机制可以进一步加强接口的安全性,一旦服务与服务交互可以使用,接口提供方可以限制只有白名单内的IP才能访问,这样接口请求方只要把其出口IP提供出来即可。
黑名单机制
与之对应的黑名单机制,则是应用在服务端与客户端的交互,由于客户端IP都是不固定的,所以无法使用白名单机制,不过我们依然可以使用黑名单拦截一些已经被识别为非法请求的IP。