优雅的处理 API 接口敏感数据加解密(方案详解)
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功能涵盖 RBAC 权限、SaaS 多租户、数据权限、商城、支付、工作流、大屏报表、微信公众号、CRM 等等功能:
Boot 仓库:https://gitee.com/zhijiantianya/ruoyi-vue-pro Cloud 仓库:https://gitee.com/zhijiantianya/yudao-cloud 视频教程:https://doc.iocoder.cn 【国内首批】支持 JDK 21 + SpringBoot 3.2.2、JDK 8 + Spring Boot 2.7.18 双版本
一、背景与目标
随着网络技术的快速发展,数据安全问题日益突出。为了防止爬虫、防请求篡改、防请求重放,以及验证数据完整性,本方案结合HTTPS原理和微信支付加解密设计,通过对称加密、非对称加密、签名等技术,为API接口提供加解密设计和落地。
基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 实现的后台管理系统 + 用户小程序,支持 RBAC 动态权限、多租户、数据权限、工作流、三方登录、支付、短信、商城等功能
项目地址:https://github.com/YunaiV/ruoyi-vue-pro 视频教程:https://doc.iocoder.cn/video/
二、方案设计
对称加密、非对称加密、哈希算法、验签算法
对称加密: 采用相同的密钥进行加密和解密。具有加密速度快、计算量小的优点,但密钥的安全传输是问题。在本方案中,对称加密主要用于数据的实际加密传输。 非对称加密: 使用一对密钥(公钥和私钥)进行加密和解密。公钥用于加密数据,私钥用于解密数据。非对称加密可以确保密钥的安全传输,但加密速度较慢,不适合长文本加密。在本方案中,非对称加密主要用于对称密钥的加密。 哈希算法: 无论用户输入什么长度的原始数据,经过计算后输出的密文都是固定长度的,只要原数据稍有改变,输出的“摘要”便完全不同 签名算法: 一般指的是,通过私钥对数据进行签名,然后通过公钥对数据进行验签
HTTPS原理概述
HTTPS(Hypertext Transfer Protocol Secure
)是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。它利用SSL/TLS协议在HTTP应用层进行通信加密,通过证书进行身份验证,从而确保数据传输的安全性和完整性。
微信支付加解密原理
请求签名: 通过商户API证书私钥,对每一次请求进行RSA-SHA256签名,微信支付进行验签 回调验签: 微信支付通过平台证书私钥,对每一次回调进行RSA-SHA256签名,商户接收到请求后,通过平台正式公钥进行验签 回调解密: 商户根据配置的apiV3密钥,对加密数据进行AES-256-GCM解密
接口加解密设计思路
密钥交换: 客户端使用服务端的公钥对对称加密的密钥进行加密,然后将密文密钥发送给服务端。服务端使用自己的私钥解密得到对称加密的明文密钥。 数据加密: 客户端使用对称加密的明文密钥对接口数据进行加密,然后发送给服务端。服务端使用相同的对称加密密钥对数据进行解密。 数据哈希(签名): 在数据发送前,客户端计算数据的哈希值,并将哈希值作为数据的一部分发送给服务端。服务端收到数据后,使用相同的算法计算哈希值,并与客户端发送的哈希值进行比较,以验证数据的完整性。 数据有效性校验: 在数据发送前,客户端将当前时间作为数据的一部分发送给服务端。服务端收到数据后,解密得到参数中的时间,并与服务端当前时间进行比较,以验证请求是否过期,防止请求重放。
基于 Spring Cloud Alibaba + Gateway + Nacos + RocketMQ + Vue & Element 实现的后台管理系统 + 用户小程序,支持 RBAC 动态权限、多租户、数据权限、工作流、三方登录、支付、短信、商城等功能
项目地址:https://github.com/YunaiV/yudao-cloud 视频教程:https://doc.iocoder.cn/video/
三、技术实现
1、密钥生成与管理:
通过工具生成非对称密钥对,服务端负责保管私钥。(客户端也可以定期从服务端获取公钥(传输过程中有泄露的风险),并保存到LocalStorage。)
2、加密算法选择:
对称加密算法可选用常用的AES,非对称加密算法可选用常用的RSA。哈希算法可选用SHA-256、MD5,签名算法可选用RSA-SHA256等。根据Hutool加密算法如下:
// 对称密钥
String key = "key";
AES aes = SecureUtil.aes(key.getBytes());
// 加密
String ciphertext = aes.encryptBase64(content);
// 解密
String result = aes.decryptStr(ciphertext);
// 非对称公钥
String publicKey = "xxxxxxx";
// 对称密钥
String key = "key";
RSA rsa = new RSA(null, publicKey);
// 对对称密钥进行加密
String ciphertextKey = rsa.encryptBase64(key, KeyType.PublicKey);
// 非对称私钥
String privateKey = "xxxxxxx";
RSA rsa2 = new RSA(privateKey, null);
// 对加密的对称密钥进行解密
String key = rsa2.encryptBase64(ciphertextKey, KeyType.PrivateKey);
String data = "测试";
Digester sha256 = new Digester(DigestAlgorithm.SHA256);
System.out.println(sha256.digestHex(data));
// 暂不考虑
String publicKey = "xxxxx";
String privateKey = "xxxxx";
String data = "测试";
Sign privateSign = SecureUtil.sign(SignAlgorithm.SHA256withRSA, privateKey, null);
String sign = new String(Base64.getEncoder().encode(privateSign.sign(data)));
System.out.println("签名:" + sign);
Sign publicSign = SecureUtil.sign(SignAlgorithm.SHA256withRSA, null, publicKey);
System.out.println(publicSign.verify(data.getBytes(), Base64.getDecoder().decode(sign.getBytes())));
3、签名规则:
等queryString和body参数加密后,将queryString、时间戳、明文对称密钥、body参数按顺序进行拼接,然后通过SHA256算法进行哈希得到签名sign,然后将sign放在header中进行传递
4、参数传递:
ek(encryt-key): xxxxxxx(非对称加密后的对称密钥) ts: xxxxxxx(时间戳) sign: xxxxxxx
将请求参数queryString
拼成"param1=value1¶m2=value2
"格式
将queryString
进行对称加密,得到"ciphertext=xxxxx
",并重新拼接到url后面
query参数可以参考GET请求
body参数可以通过对称加密得到base64密文,直接用body进行传输
例如:
url?ciphertext=xxxxx
body:xxxxxxxx
5、后端处理:
请求有效验证: 获取header中ts参数,得到时间戳并判断时间戳是否超过一定时间; 解密对称密钥: 通过私钥解密header中的ek参数,得到明文的对称密钥key; 验签: 将queryString、时间戳、明文对称密钥、body参数按顺序进行拼接,然后通过SHA256算法进行哈希得到签名sign,与header中的sign做比较; 解密参数: 通过明文对称密钥,分别解密queryString、body参数; 加密响应结果: 请求完成后,将响应结果通过对称加密得到base64密文,并返回给客户端
四、常见问题
Q:为什么需要参考HTTPS来设计接口加解密?
A:HTTPS结合了对称加密和非对称加密,安全性更高,同时也能满足效率要求
Q:如果只使用对称加密有什么问题?
A:客户端是不安全的,很容易暴露密钥,只要一旦暴露,加密就形同虚设
Q:如果只使用非对称加密有什么问题?
A:
非对称加密不支持超长文本加密(RSA只支持117字节); 非对称加密效率太慢
Q:接口参数已经加密了,是否还有必要签名?
A:有必要,生产环境不是每一个接口都需要加密的。但是每一个接口都需要防篡改、防重放
Q:签名算法为什么没有采用RSA-SHA256?
A:
RSA-SHA256签名算法只能私钥签名,公钥验签。 客户端存的是公钥,如果要采用该算法,需要再定义一套非对称密钥,加重了维护成本。 现在采用哈希算法SHA256进行模拟签名,其中混入了明文的对称密钥,也可以防止模拟签名
Q:用了对称和非对称混合加密,非对称公钥保存在客户端,还是有可能泄露,怎么保证安全?
A:
前端代码压缩、混淆; 公钥不要直接写到代码里,分段、加密保存; 即使公钥暴露了,对称密钥每次都是新生成的,抓包也拿不到本次请求的对称密钥,也就没有办法对结果解密
Q:对称和非对称同时使用的话,怎么保证加解密的效率?
A:请求参数和响应结果实际还是通过对称加密,非对称只会对对称密钥进行加解密,所以效率和对称加密差不多4
Q:该方案是否是绝对安全?如果不是,是否有绝对安全的加解密方案?
A:
不是,如果客户端被破解了,用户可以模拟客户端发起请求 暂时没有,客户端对于互联网都是透明的,只要客户端被破解了,都可以模拟客户端发起请求
五、安全性分析
本方案结合对称加密和非对称加密的优点,既保证了数据传输的安全性,又提高了加密解密的效率。但是需要考虑客户端公钥的安全性。
防篡改: 请求参数都进行了签名,只要客户端公钥不泄露,无法修改请求参数;
防爬虫: 请求参数进行了签名和加密,无法模拟客户端请求;响应结果进行了加密,即使抓包拿到了结果,也无法进行解密
防重放: 请求头中引入时间戳,并且时间戳也进行了验签,可以防止篡改,每次服务端接收到请求都会验证时间戳的有效性。(短时间内的重放暂时阻止不了,可以考虑在后端在缓存进行验证,但目前业务用不上)
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