API接口防止参数篡改和重放攻击

问题的起源

在直播服务中，有一个敏感词的检测的需求：当用户发送聊天消息之前，调用接口验证消息是否包含敏感词，我们使用了阿里云的文本安全服务，这是一个按照次数收费的服务，所以接口要求防止参数篡改和重放攻击。

API重放攻击: 就是把之前窃听到的数据原封不动的重新发送给接收方(测试大佬肯定知道)

常用的其他业务场景还有：

• 发送短信接口
• 支付接口

基于timestamp和nonce的方案

微信支付的接口就是这样做的

timestamp的作用

每次HTTP请求，都需要加上timestamp参数，然后把timestamp和其他参数一起进行数字签名。HTTP请求从发出到达服务器一般都不会超过60s，所以服务器收到HTTP请求之后，首先判断时间戳参数与当前时间相比较，是否超过了60s，如果超过了则认为是非法的请求。

一般情况下,从抓包重放请求耗时远远超过了60s，所以此时请求中的timestamp参数已经失效了,如果修改timestamp参数为当前的时间戳，则signature参数对应的数字签名就会失效，因为不知道签名秘钥，没有办法生成新的数字签名。

但这种方式的漏洞也是显而易见的，如果在60s之后进行重放攻击，那就没办法了，所以这种方式不能保证请求仅一次有效

nonce的作用

nonce的意思是仅一次有效的随机字符串，要求每次请求时，该参数要保证不同。我们将每次请求的nonce参数存储到一个“集合”中，每次处理HTTP请求时，首先判断该请求的nonce参数是否在该“集合”中，如果存在则认为是非法请求。

nonce参数在首次请求时，已经被存储到了服务器上的“集合”中，再次发送请求会被识别并拒绝。

nonce参数作为数字签名的一部分，是无法篡改的，因为不知道签名秘钥，没有办法生成新的数字签名。

这种方式也有很大的问题，那就是存储nonce参数的“集合”会越来越大。

nonce的一次性可以解决timestamp参数60s(防止重放攻击)的问题，timestamp可以解决nonce参数“集合”越来越大的问题。

防篡改、防重放攻击 拦截器

@Slf4j
public class SignAuthInterceptor implements HandlerInterceptor {

    private redisTemplate<String, String> redisTemplate;

    private String key;

    public SignAuthInterceptor(RedisTemplate<String, String> redisTemplate, String key) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.key = key;
    }

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request,
                             HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        // 获取时间戳
        String timestamp = request.getHeader("timestamp");
        // 获取随机字符串
        String nonceStr = request.getHeader("nonceStr");
        // 获取签名
        String signature = request.getHeader("signature");

        // 判断时间是否大于xx秒(防止重放攻击)
        long NONCE_STR_TIMEOUT_SECONDS = 60L;
        if (StrUtil.isEmpty(timestamp) || DateUtil.between(DateUtil.date(Long.parseLong(timestamp) * 1000), DateUtil.date(), DateUnit.SECOND) > NONCE_STR_TIMEOUT_SECONDS) {
            throw new BusinessException("invalid  timestamp");
        }

        // 判断该用户的nonceStr参数是否已经在redis中（防止短时间内的重放攻击）
        Boolean haveNonceStr = redisTemplate.hasKey(nonceStr);
        if (StrUtil.isEmpty(nonceStr) || Objects.isNull(haveNonceStr) || haveNonceStr) {
            throw new BusinessException("invalid nonceStr");
        }

        // 对请求头参数进行签名
        if (StrUtil.isEmpty(signature) || !Objects.equals(signature, this.signature(timestamp, nonceStr, request))) {
            throw new BusinessException("invalid signature");
        }

        // 将本次用户请求的nonceStr参数存到redis中设置xx秒后自动删除
        redisTemplate.opsForValue().set(nonceStr, nonceStr, NONCE_STR_TIMEOUT_SECONDS, TimeUnit.SECONDS);

        return true;
    }

    private String signature(String timestamp, String nonceStr, HttpServletRequest request) throws UnsupportedEncodingException {
        Map<String, Object> params = new HashMap<>(16);
        Enumeration<String> enumeration = request.getParameterNames();
        if (enumeration.hasMoreElements()) {
            String name = enumeration.nextElement();
            String value = request.getParameter(name);
            params.put(name, URLEncoder.encode(value, CommonConstants.UTF_8));
        }
        String qs = String.format("%s×tamp=%s&nonceStr=%s&key=%s", this.sortQueryParamString(params), timestamp, nonceStr, key);
        log.info("qs:{}", qs);
        String sign = SecureUtil.md5(qs).toLowerCase();
        log.info("sign:{}", sign);
        return sign;
    }

    /**
     * 按照字母顺序进行升序排序
     *
     * @param params 请求参数 。注意请求参数中不能包含key
     * @return 排序后结果
     */
    private String sortQueryParamString(Map<String, Object> params) {
        List<String> listKeys = Lists.newArrayList(params.keySet());
        Collections.sort(listKeys);
        StrBuilder content = StrBuilder.create();
        for (String param : listKeys) {
            content.Append(param).append("=").append(params.get(param).toString()).append("&");
        }
        if (content.length() > 0) {
            return content.subString(0, content.length() - 1);
        }
        return content.toString();
    }
}

配置拦截器

    @Autowired
    private RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
    @Value("${security.api.key}")
    private String key;

    registry.addInterceptor(new SignAuthInterceptor(redisTemplate, key))
            .addPathPatterns("/live-text/check/**")

Postman接口测试

借助Postman的Pre-request Scritp可以实现自动签名功能，每次请求都会生成一个新的签名

使用Pre-request Script脚本实现签名功能

输入Pre-request Script，请复制粘贴下面提供的JAVA Script代码到文本框当中

//设置当前时间戳（毫秒）
var timestamp =  Math.round(new Date()/1000);
pm.globals.set("timestamp",timestamp);
var nonceStr = createUuid();
pm.globals.set("nonceStr",nonceStr);
var key =pm.environment.get("key"); 
console.log(key);

var qs = urlToSign();
qs += '×tamp='+timestamp+'&nonceStr='+nonceStr+'&key='+key;
console.log(qs);
var signature = CryptoJS.MD5(qs).toString();
console.log(signature);
pm.environment.set("signature", signature);


function urlToSign() {
    var params = new Map();
    var contentType = request.headers["content-type"];
    if (contentType && contentType.startsWith('application/x-www-form-urlencoded')) {
        const formParams = request.data.split("&");
        formParams.forEach((p) => {
            const ss = p.split('=');
            params.set(ss[0], ss[1]);
        })
    }
    
    const ss = request.url.split('?');
    if (ss.length > 1 && ss[1]) {
        const queryParams = ss[1].split('&');
        queryParams.forEach((p) => {
            const ss = p.split('=');
            params.set(ss[0], ss[1]);
        })
    }
    
    var sortedKeys = Array.from(params.keys())
    sortedKeys.sort();
    
    var l1 = ss[0].lastIndexOf('/');
    var first = true;
    var qs
    for (var k of sortedKeys) {
        var s = k + "=" + params.get(k);
        qs = qs ? qs + "&" + s : s;
        console.log("key=" + k + " value=" + params.get(k));
    }
    return qs;
}

function createUuid() {
    return 'xxxxxxxx-xxxx-4xxx-yxxx-xxxxxxxxxxxx'.replace(/[xy]/g, function(c) {
        var r = Math.random()*16|0, v = c == 'x' ? r : (r&0x3|0x8);
        return v.toString(16);
    });
}

设置环境变量/全局变量

对中文参数进行转码

选中需要进行转码的参数，然后点击鼠标右键选中 EncodeURLComponent