如何设计安全可靠的开放接口---之签名(sign)-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了如何设计安全可靠的开放接口---之签名(sign)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

【如何设计安全可靠的开放接口】系列

1. 如何设计安全可靠的开放接口—之Token
2. 如何设计安全可靠的开放接口—之AppId、AppSecret
3. 如何设计安全可靠的开放接口—之签名(sign)
4. 如何设计安全可靠的开放接口【番外篇】—关于MD5应用的介绍
5. 如何设计安全可靠的开放接口—还有哪些安全保护措施
6. 如何设计安全可靠的开放接口—对请求参加密保护
7. 如何设计安全可靠的开放接口【番外篇】— 对称加密算法

前言

本节内容可以说是开放接口设计的关键所在，上一节在最后也提到了appId、appSecret如果没有接下来的这一步签名，将变的毫无意义，所以本节我们就来正式看看应该如何进行签名。

一、前置知识

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。

如何设计安全可靠的开放接口---之签名(sign)

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。

二、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。

1. 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。

2. 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、流程说明

前置准备

1、正如前面介绍，appId、appSecret当前通过线下的方式，双方约定好，appSecret需要接口请求方自行保密。
2、公私钥可以由接口提供方来生成，同样通过线下的方式，把私钥交给对方，并要求对方需保密。

交互流程

来自百度百科

如何设计安全可靠的开放接口---之签名(sign)

接口请求方

1、接口请求方，首先把业务参数，进行摘要算法计算，生成一个签名（sign）

// 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

2、然后继续拼接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<String, String> data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set<String> 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&timestamp=1653057661381&appSecret=654321

【请求方】appSign：m/xk0fkDZlHEkbYSpCPdpbriG/EWG9gNZtInoYOu2RtrLMzHNM0iZe1iL4p/+IedAJN2jgG9pS5o5NZH1i55TVoTbZePdCbR9CEJoHq2TZLIiKPeoRgDimAl14V5jHZiMQCXS8RxWT63W8MKFyZQtB7xCtxVD7+IvLGQOAWn7QX+EmfAUvhgjkaVf2YLk9J9LqtyjfTYeloiP901ZsBZo5y9Gs5P73b+JoEcxmGZRv+Fkv3HnHWTQEpl7W6Lrmd0j44/XupwzHxaanRo5k0ALOVSFohdyMtHk3eOYx/bj+GeMKf8PN4J4tsPndnjyu4XUOnh74aaW9oC2DLiIzr4+Q==

3、最后把参数组装，发送给接口提供方

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"}}

如何设计安全可靠的开放接口---之签名(sign)

接口提供方

1、从请求参数中，先获取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！");
}

2、从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<String, String> data = Maps.newHashMap();
data.put("appId", appId);
data.put("nonce", nonce);
data.put("sign", sign);
data.put("timestamp", timestamp);
Set<String> 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！");

完整代码补充

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<String, String> appMap = Maps.newConcurrentMap();

    /**
     * 分别保存生成的公私钥对
     * key:appId，value:公私钥对
     */
    static Map<String, Map<String, String>> 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<String, String> data = Maps.newHashMap();
        data.put("appId", appId);
        data.put("nonce", nonce);
        data.put("sign", sign);
        data.put("timestamp", timestamp);
        Set<String> 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<String, String> data = Maps.newHashMap();
        data.put("appId", appId);
        data.put("nonce", nonce);
        data.put("sign", sign);
        data.put("timestamp", timestamp);
        Set<String> 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<String, String> 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);
    }

}

总结

到目前为止，可以说我们已经完成了一个开放接口的基本设计，通过签名、加密等方式保证了请求过程中参数不会被修改，以及身份不会被冒充，看似已经非常不错了，然而实际上并非如此，你会发现关于timestamp、nonce这样的参数，好像对我们并没有什么用，此外，如果业务参数不想明文传输，也需要加密改怎么办、以及黑白名单机制等等，让我们留在下一节中继续介绍吧！文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-494998.html

到了这里，关于如何设计安全可靠的开放接口---之签名(sign)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！