作為后臺(tái)產(chǎn)品經(jīng)理，常常需要進(jìn)行外部系統(tǒng)的對(duì)接，在設(shè)計(jì)開放平臺(tái)接口過程中，往往會(huì)涉及接口傳輸安全性相關(guān)的問題，筆者在詳細(xì)的查閱大量資料后，結(jié)合自身的過往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于接口加密及簽名的相關(guān)知識(shí)做了一個(gè)系統(tǒng)性的總結(jié)，在方便自己查閱的同時(shí)也分享給大家做一些參考，說明不當(dāng)之處歡迎指正。

接口安全性問題主要來源于幾方面考慮：

1. 防偽裝攻擊即請求來源是否合法？（案例：在公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，第三方 有意或惡意 的調(diào)用我們的接口）
2. 防篡改攻擊（案例：在公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，請求頭/查詢字符串/內(nèi)容 在傳輸過程被修改）
3. 防重放攻擊即請求被惡意攻擊（案例：在公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，請求被截獲，稍后被重放或多次重放）
4. 防數(shù)據(jù)信息泄漏（案例：截獲用戶登錄請求，截獲到賬號(hào)、密碼等）

從實(shí)現(xiàn)接口安全考慮，下面分別就加密解密和簽名算法兩方面進(jìn)行講解。

一、加密解密的概念與算法

1.1 為什么需要加密解密？

在客戶端與服務(wù)器進(jìn)行交互時(shí)，必然涉及到交互的報(bào)文（或者通俗的講，請求數(shù)據(jù)與返回?cái)?shù)據(jù)），如果不希望報(bào)文進(jìn)行明文傳輸，則需要進(jìn)行報(bào)文的加密與解密。

所以加密的主要作用就是避免明文傳輸，就算被截獲報(bào)文，截獲方也不知道報(bào)文的具體內(nèi)容。

1.2 對(duì)稱加密，單向加密，非對(duì)稱加密的介紹與區(qū)別

加密分為對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密：

• 對(duì)稱加密效率高，但是解決不了秘鑰的傳輸問題；
• 非對(duì)稱加密可以解決這個(gè)問題，但效率不高。（其中https是綜合了對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密算法的http協(xié)議。）

1.2.1 對(duì)稱加密

采用單鑰密的加密方法，同一個(gè)密鑰可以同時(shí)用來加密和解密，這種加密方法稱為對(duì)稱加密，也稱為單密鑰加密。

即約定一個(gè)秘鑰，客戶端使用這個(gè)秘鑰對(duì)傳輸參數(shù)進(jìn)行加密并提交至服務(wù)端，服務(wù)端使用同樣的秘鑰進(jìn)行解密；

1）常用的對(duì)稱加密算法：

1. DES（Data Encryption Standard）：數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，速度較快，適用于加密大量數(shù)據(jù)的場合；
2. 3DES（Triple DES）：是基于DES，對(duì)一塊數(shù)據(jù)用三個(gè)不同的密鑰進(jìn)行三次加密，強(qiáng)度更高；
3. AES（Advanced Encryption Standard）：高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，是下一代的加密算法標(biāo)準(zhǔn)，速度快，安全級(jí)別高，支持128、192、256、512位密鑰的加密；

2）算法特征：

1. 加密方和解密方使用同一個(gè)密鑰；
2. 加密解密的速度比較快，適合數(shù)據(jù)比較長時(shí)的使用；
3. 密鑰傳輸?shù)倪^程不安全，且容易被破解，密鑰管理也比較麻煩；

3）加密工具：

openssl，它使用了libcrypto加密庫、libssl庫即TLS/SSL協(xié)議的實(shí)現(xiàn)庫等。TLS/SSL是基于會(huì)話的、實(shí)現(xiàn)了身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)機(jī)密性和會(huì)話完整性的TLS/SSL庫。

1.2.2 單向散列加密

單向加密又稱為不可逆加密算法，其密鑰是由加密散列函數(shù)生成的。單向散列函數(shù)一般用于產(chǎn)生消息摘要，密鑰加密等

1）常用的單向散列加密算法：

1. MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA數(shù)據(jù)安全公司開發(fā)的一種單向散列算法，非可逆，相同的明文產(chǎn)生相同的密文；
2. SHA（Secure Hash Algorithm）：可以對(duì)任意長度的數(shù)據(jù)運(yùn)算生成一個(gè)160位的數(shù)值。其變種由SHA192，SHA256，SHA384等；
3. CRC-32，主要用于提供校驗(yàn)功能；

2）算法特征：

1. 輸入一樣，輸出必然相同；
2. 雪崩效應(yīng)，輸入的微小改變，將會(huì)引起結(jié)果的巨大變化；
3. 定長輸出，無論原始數(shù)據(jù)多大，結(jié)果大小都是相同的；
4. 不可逆，無法根據(jù)特征碼還原原來的數(shù)據(jù)；

3）加密工具：

md5sum；sha1sum；openssl dgst

1.2.3 非對(duì)稱加密

非對(duì)稱加密即公鑰加密，只有私鑰能解密。私鑰加密，只有公鑰能解密。A首先生成一對(duì)公鑰和私鑰，然后將公鑰公開給別人加密，別人使用公鑰加密報(bào)文發(fā)送給A，A使用私鑰解密。反之相同。（發(fā)送給某人，用某人的公鑰加密。證明自己的身份，用自己的私鑰加密）

非對(duì)稱加密很少用來加密數(shù)據(jù)，速度太慢，通常用來實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證，發(fā)送方用對(duì)方的公鑰加密，可以保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性（公鑰加密）；發(fā)送方用自己的私鑰加密，可以實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證（數(shù)字簽名）；

1）算法特征：

1. 秘鑰對(duì)，公鑰(public key)和私鑰(secret key)
2. 非對(duì)稱加密可以解決秘鑰傳輸問題，但效率不高。

基于非對(duì)稱加密的特性，又產(chǎn)生了以下兩個(gè)問題：

問題1：如何確認(rèn)通信方證書的合法性呢？

借助于第三方機(jī)構(gòu)：CA(Certificate Authority)。CA為每個(gè)使用公開密鑰的用戶簽發(fā)一個(gè)含CA簽名的證書，該證書的作用是證明證書中的用戶合法擁有證書中的公開密鑰，CA機(jī)構(gòu)的數(shù)字簽名使得攻擊者不能偽造和篡改證書。

CA自身也擁有一個(gè)證書和私鑰。任何人都可以得到CA的證書，并用該證書驗(yàn)證它所簽發(fā)證書有效性。

假設(shè)機(jī)構(gòu)A向CA發(fā)出一個(gè)證書簽發(fā)請求：(證書簽發(fā)流程)

1. CA首先生成一對(duì)公鑰和私鑰，并自簽署一個(gè)CA證書certificate；
2. A向CA提供自己的基本信息和自己的公鑰；
3. CA先對(duì)A的基本信息和公鑰計(jì)算一個(gè)特征碼，然后再使用自己的私鑰對(duì)特征碼進(jìn)行加密，加密生成的字符串（數(shù)字簽名）、A的公鑰、A的基本信息共同組成了CA簽發(fā)的數(shù)字證書；

有了CA簽發(fā)的數(shù)字證書，就可以通過CA來確認(rèn)證書擁有者的身份，也就解決了通信中身份確認(rèn)的問題。

問題2：通過CA實(shí)現(xiàn)了身份驗(yàn)證，那如何保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性呢？

保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，無非就是給數(shù)據(jù)加密，非對(duì)稱加密的加密速度慢，不適合對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，而在實(shí)際通信過程中，身份確認(rèn)完畢之后，通常使用對(duì)稱加密方式來加密數(shù)據(jù)。那如何協(xié)商對(duì)稱加密的秘鑰呢？通常有以下兩種方法。

方法1：秘鑰交換(Internet Key Exchange, IKE)算法

Diffie-Hellman算法秘鑰協(xié)商流程，假設(shè)A/B雙發(fā)進(jìn)行通信，

1） A/B通信前，先生成p,g兩個(gè)大素?cái)?shù)，作為生成數(shù)

2） A選定一個(gè)數(shù)x，B選定一個(gè)數(shù)y

3） A/B加密結(jié)果如下：

• A加密之后傳遞給B的內(nèi)容: g^x%p –> B
• B加密之后傳遞給A的內(nèi)容: g^y%p –> A

注意：互聯(lián)網(wǎng)上的用戶可以看到：p,g,g^x%p,g^y%p

4） A/B獲得到數(shù)據(jù)之后解密得到相同的結(jié)果

• A: (g^x%p)^x=g^xy%p
• B: (g^y%p)^y=g^xy%p

這樣A/B就協(xié)商出了一個(gè)共同的秘鑰g^xy%p，A/B雙方使用非對(duì)稱加密確認(rèn)完身份之后，就可以是用該秘鑰加密通信數(shù)據(jù)了。

方法2：公鑰加密的方式協(xié)商秘鑰

1） A隨機(jī)生成一個(gè)字符串STR作為秘鑰，A先使用自己的私鑰加密STR得到STR1，A再使用B的公鑰加密得到STR2，A將STR2發(fā)送給B；

2） B接收到STR2，先使用B的私鑰解密，再使用A的公鑰解密，最后得到秘鑰STR；

這樣A、B就完成了秘鑰的協(xié)商，協(xié)商的秘鑰為隨機(jī)字符串STR。

常用的非對(duì)稱加密算法

• RSA：由 RSA公司發(fā)明，是一個(gè)支持變長密鑰的公共密鑰算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的；既可以實(shí)現(xiàn)加密，又可以實(shí)現(xiàn)簽名
• DSA（Digital Signature Algorithm）：數(shù)字簽名算法，是一種標(biāo)準(zhǔn)的 DSS（數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)）；
• ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼；

ECC和RSA相比，在許多方面都有對(duì)絕對(duì)的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面：

1. 抗攻擊性強(qiáng)，相同的密鑰長度，其抗攻擊性要強(qiáng)很多倍。
2. ?計(jì)算量小，處理速度快。ECC總的速度比RSA、DSA要快得多。
3. 存儲(chǔ)空間占用小,ECC的密鑰尺寸和系統(tǒng)參數(shù)與RSA、DSA相比要小得多，意味著它所占的存貯空間要小得多。這對(duì)于加密算法在IC卡上的應(yīng)用具有特別重要的意義。
4. 帶寬要求低，當(dāng)對(duì)長消息進(jìn)行加解密時(shí)，三類密碼系統(tǒng)有相同的帶寬要求，但應(yīng)用于短消息時(shí)ECC帶寬要求卻低得多。帶寬要求低使ECC在無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.3 加密算法

（1）DES加密算法

DES加密算法是一種分組密碼，以64位為分組對(duì)數(shù)據(jù)加密，它的密鑰長度是56位，加密解密用同一算法。

DES加密算法是對(duì)密鑰進(jìn)行保密，而公開算法，包括加密和解密算法。這樣，只有掌握了和發(fā)送方相同密鑰的人才能解讀由DES加密算法加密的密文數(shù)據(jù)。

因此，破譯DES加密算法實(shí)際上就是搜索密鑰的編碼。對(duì)于56位長度的密鑰來說，如果用窮舉法來進(jìn)行搜索的話，其運(yùn)算次數(shù)為256。

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的不斷發(fā)展，DES的安全性比它剛出現(xiàn)時(shí)會(huì)弱得多，然而從非關(guān)鍵性質(zhì)的實(shí)際出發(fā)，仍可以認(rèn)為它是足夠的。不過，DES現(xiàn)在僅用于舊系統(tǒng)的鑒定，而更多地選擇新的加密標(biāo)準(zhǔn)。

（2）AES加密算法

ES加密算法是密碼學(xué)中的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，該加密算法采用對(duì)稱分組密碼體制，密鑰長度的最少支持為128、192、256，分組長度128位，算法應(yīng)易于各種硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。

這種加密算法是美國聯(lián)邦政府采用的區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES，已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。

AES加密算法被設(shè)計(jì)為支持128／192／256位（/32=nb)數(shù)據(jù)塊大小（即分組長度）；支持128／192／256位（/32=nk)密碼長度，，在10進(jìn)制里，對(duì)應(yīng)34×1038、62×1057、1.1×1077個(gè)密鑰。

（3）RSA加密算法

RSA加密算法是目前最有影響力的公鑰加密算法，并且被普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。

RSA是第一個(gè)能同時(shí)用于加密和數(shù)宇簽名的算法，它能夠抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊，已被ISO推薦為公鑰數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。

RSA加密算法基于一個(gè)十分簡單的數(shù)論事實(shí)：將兩個(gè)大素?cái)?shù)相乘十分容易，但那時(shí)想要，但那時(shí)想要對(duì)其乘積進(jìn)行因式分解卻極其困難，因此可以將乘積公開作為加密密鑰。

（4）Base64加密算法

Base64加密算法是網(wǎng)絡(luò)上最常見的用于傳輸8bit字節(jié)代碼的編碼方式之一，Base64編碼可用于在HTTP環(huán)境下傳遞較長的標(biāo)識(shí)信息。

例如，在JAVAPERSISTENCE系統(tǒng)HIBEMATE中，采用了Base64來將一個(gè)較長的唯一標(biāo)識(shí)符編碼為一個(gè)字符串，用作HTTP表單和HTTPGETURL中的參數(shù)。

在其他應(yīng)用程序中，也常常需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼為適合放在URL（包括隱藏表單域）中的形式。此時(shí)，采用Base64編碼不僅比較簡短，同時(shí)也具有不可讀性，即所編碼的數(shù)據(jù)不會(huì)被人用肉眼所直接看到。

（5）MD5加密算法

MD5為計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域廣泛使用的一種散列函數(shù)，用以提供消息的完整性保護(hù)。

對(duì)MD5加密算法簡要的敘述可以為：MD5以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為16個(gè)32位子分組，經(jīng)過了一系列的處理后，算法的輸出由四個(gè)32位分組組成，將這四個(gè)32位分組級(jí)聯(lián)后將生成—個(gè)128位散列值。

MD5被廣泛用于各種軟件的密碼認(rèn)證和鑰匙識(shí)別上。MD5用的是哈希函數(shù)，它的典型應(yīng)用是對(duì)一段信息產(chǎn)生信息摘要，以防止被篡改。

MD5的典型應(yīng)用是對(duì)一段Message產(chǎn)生fingerprin指紋，以防止被“篡改”。如果再有—個(gè)第三方的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，用MD5還可以防止文件作者的“抵賴”，這就是所謂的數(shù)字簽名應(yīng)用。

MD5還廣泛用于操作系統(tǒng)的登陸認(rèn)證上，如UNIX、各類BSD系統(tǒng)登錄密碼、數(shù)字簽名等

二、簽名的概念與方法

2.1 為什么要簽名？

1） 在客戶端與服務(wù)器進(jìn)行交互時(shí)，報(bào)文雖然加密了，但我們并不能確認(rèn)這個(gè)報(bào)文是誰發(fā)過來的。例如，與第三方服務(wù)器B進(jìn)行交互時(shí)，我方收到了一個(gè)已加密的請求，但我方并不能確認(rèn)是服務(wù)器B發(fā)送的這個(gè)報(bào)文，此時(shí)我們可以用數(shù)字簽名的方式來進(jìn)行驗(yàn)證。作用：認(rèn)證數(shù)據(jù)來源

2） 如果我方收到一個(gè)B服務(wù)器簽名的請求，那么B服務(wù)器也無法否認(rèn)這個(gè)請求，因?yàn)閹в兴暮灻?，作用：抗否認(rèn)性。

3） 我方收到一個(gè)B服務(wù)器簽名的請求，但我方并不能確認(rèn)這個(gè)請求是否被篡改過（雖然報(bào)文加了密，也可能被篡改），此時(shí)即可用簽名，驗(yàn)證簽名中的報(bào)文與傳過來的報(bào)文是否一致。作用：保證了數(shù)據(jù)的完整性

2.2 簽名算法過程

簽名的方式多種多樣，常見的形式如下：

2.2.1 APPKEY+簽名認(rèn)證

1） 對(duì)除簽名外的所有請求參數(shù)按key做的升序排列,value無需編碼。（假設(shè)當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間戳是12345678）

例如：有c=3,b=2,a=1 三個(gè)參，另加上時(shí)間戳后， 按key排序后為：a=1，b=2，c=3，_timestamp=12345678。

2） 把參數(shù)名和參數(shù)值連接成字符串，得到拼裝字符：a1b2c3_timestamp12345678

3） 用申請到的appkey 連接到接拼裝字符串頭部和尾部，然后進(jìn)行32位MD5加密，最后將到得MD5加密摘要轉(zhuǎn)化成大寫。

示例：假設(shè)appkey=test，md5(testa1b2c3_timestamp12345678test)，取得MD5摘要值 C5F3EB5D7DC2748AED89E90AF00081E6 。

風(fēng)險(xiǎn)在于一但appkey被別人獲取，即可仿照簽名，造成安全性問題

2.2.2 token+簽名認(rèn)證

token+簽名認(rèn)證的主要原理是：

1） 做一個(gè)認(rèn)證服務(wù)，提供一個(gè)認(rèn)證的webapi，用戶提交相關(guān)身份信息如供應(yīng)商編碼，先訪問它

2） 服務(wù)端收到請求，去驗(yàn)證相關(guān)身份信息，驗(yàn)證成功后，服務(wù)端會(huì)簽發(fā)一個(gè)token，token一般可以存儲(chǔ)在緩存或數(shù)據(jù)庫中，以方便后面查詢出來進(jìn)行驗(yàn)證。再把這個(gè) Token 發(fā)送給客戶端

3） 客戶端收到 token 以后可以把它存儲(chǔ)起來，比如放在 Cookie 里或者 Local Storage 里；客戶端每次向服務(wù)端請求資源的時(shí)候拿著相應(yīng)的token以及請求的參數(shù)和服務(wù)器端提供的簽名算法計(jì)算出簽名后再去訪問指定的api，服務(wù)端收到請求，就獲取對(duì)應(yīng)用戶的token和請求參數(shù)，服務(wù)器端再次計(jì)算簽名和客戶端簽名做對(duì)比，如果驗(yàn)證通過則正常訪問相應(yīng)的api，驗(yàn)證失敗則返回具體的失敗信息.

安全的關(guān)鍵在于參與簽名的token，整個(gè)過程中token是不參與通信的，所以只要保證token不泄露，請求就不會(huì)被偽造。然后我們通過timestamp時(shí)間戳用來驗(yàn)證請求是否過期，這樣就算被人拿走完整的請求鏈接也是無效的。

2.2.3 https模式

追求安全可以考慮https的雙向驗(yàn)證模式 + 參數(shù)的sign簽名的規(guī)則雙重驗(yàn)證達(dá)到安全的請求后臺(tái)

本文由 @不橈 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理，未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載

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