后端_接口防重放与API安全_解决思路和方案

前言

API重放攻击(Replay Attacks)又称为重播攻击、回放攻击。它的原理就是把之前窃听到的数据原封不动的重新发送给接收方。HTTPS并不能防止这种攻击，虽然传输的数据都是经过加密的，窃听者无法得到数据的准确定义，但是可以从请求的接收方地址分析这些数据的作用。比如用户登录请求时攻击者虽然无法窃听密码，但是却可以截获加密后的口令然后将其重放，从而利用这种方式进行有效的攻击。

所谓重放攻击就是攻击者发送一个目的主机已经接收过的包，来达到欺骗系统的目的，主要用于身份认证过程，重放攻击是计算机世界黑客常用的攻击方式之一。

一次HTTP请求，从请求方到接收方中间要经过很多路由器和交换机，攻击者可以在中途截获请求的数据。假设在一个网上存款系统中，一条消息表示用户支取了一笔存款，攻击者完全可以多次发送这条消息而偷窃存款。重放是二次请求，如果API接口没有做到对应的安全防护，将可能造成很严重的后果。

一、API接口常见的安全防护要做到主要有以下几点：

1.防止sql注入

2.防止xss攻击

3.防止请求参数被篡改

4.防止重放攻击

主要防御措施可以归纳为两点：

1.对请求的合法性进行校验

2.对请求的数据进行校验

防止重放攻击必须要保证请求仅一次有效。需要通过在请求体重携带当前请求的唯一标识，并且进行签名防止被篡改。所以防止重放攻击需要建立在防止签名被篡改的基础之上。

二、请求参数防篡改

采用https协议可以将传输的明文进行加密，但是黑客仍然可以截获传输的数据包，进一步伪造请求进行重放攻击。如果黑客使用特殊手段让请求方设备使用了伪造的证书进行通信，那么https加密的内容也会被解密。在API接口中我们除了使用https协议进行通信外，还需要有自己的一套加解密机制，对请求的参数进行保护，防止被篡改。

过程如下：

1.客户端使用约定好的秘钥对传输的参数进行加密，得到签名值signature，并且将签名值也放入请求的参数中，发送请求给服务端

2.服务端接收到客户端的请求，然后使用约定好的秘钥对请求的参数（除了signature以外）再次进行签名，得到签名值autograph。

3.服务端比对signature和autograph的值，如果对比一致，认定为合法请求。如果对比不一致，说明参数被篡改，认定是合法请求。

因为黑客不知道签名的秘钥，所以即使截获到请求数据，对请求参数进行篡改，但是却无法对参数进行前面，无法得到修改后参数的签名值signature。签名的秘钥我们可以使用很多方案，可以采用对称加密或者非对称加密

三、防止重放攻击

3.1、基于timestamp的方案：

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。因为一次正常的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比较，是否超过了60s，如果超过了则认为是非法请求。

一般情况下，黑客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。

如果黑客修改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，因为黑客不知道签名秘钥，没有办法生成新的数字签名。

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

3.2、基于nonceStr的方案： nonceStr 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，所以该参数一般与时间戳有关，我们这里为了方便起见，直接使用时间戳的16进制，实际使用客户加上客户端的ip地址，mac地址等信息做个哈希之后，作为nonceStr参数。

我们每次将请求的 nonceStr 参数存储到一个”集合“中，可以json格式存储到数据库或缓存。

每次处理HTTP请求时，首先判断该请求的 nonceStr 是否在该集合中，如果存在则认为是非法请求。

nonceStr 参数在首次请求时，已经被存储到了服务器上的集合中，再次请求会被识别并拒绝。

nonceStr 参数作为数组签名的一部分，是无法篡改的，因为黑客不清楚token，所以不能生成新的sign。

这种方式也有很大的问题，那就是存储 nonceStr 参数的集合会越来越大，验证 nonceStr 是否在集合中的耗时会越来越长。我们不能让 nonceStr 集合无限大，所以需要定期清理该集合，但是一旦该集合被清理，我们就无法验证被清理的 nonceStr 参数了。也就是说，假设该集合平均1天清理一次的话，我们抓取到的该url虽然当时无法进行重放攻击，但是我们还是可以每隔一天进行一次重复刚攻击的。而且存储24小时内，所有请求的 nonceStr 参数，也是一笔不小的开销。

3.2、基于timestamp和 nonceStr 的方案 nonce的一次性可以解决timestamp参数60s的问题，timestamp可以解决 nonceStr 参数集合越来越大的问题。防止重放攻击一般和防止请求参数被篡改一起做。请求的Headers数据如下图所示。

我们在timestamp方案的基础上，加上 nonceStr 参数，因为timestamp参数对于超过60s的请求，都认为是非法请求，所以我们只需要存储60s的 nonceStr 参数集合即可。 API接口验证流程:

String token = request.getHeader("token");
String timestamp = request.getHeader("timestamp");
String nonceStr = request.getHeader("nonceStr");

String url = request.getHeader("url");

String signature = request.getHeader("signature");


if(StringUtil.isBlank(token) || StringUtil.isBlank(timestamp) || StringUtil.isBlank(nonceStr) || StringUtil.isBlank(url)
|| StringUtil.isBlank(signature))
{
    return;
}

UserTokenInfo userTokenInfo = TokenUtil.getUserTokenInfo(token);

if(userTokenInfo == null){
    return;
}

if(!request.getRequestURI().equal(url)){
return;
}

if(DateUtil.getSecond()-DateUtil.toSecond(timestamp) > 60){
    return;
}

if(RedisUtils.haveNonceStr(userTokenInfo,nonceStr)){
    return;
}

String stringB = SignUtil.signature(token, timestamp, nonceStr, url, request);
if(!signature.equals(stringB)){
    return;
}
RedisUtils.saveNonceStr(userTokenInfo,nonceStr,60);

3.3、微信公众号如何保证消息不会被重放攻击使用微信公众平台的接口需要在微信公众平台设置token。这里假设token是不会被攻击者知道的，相当于一个PSK(Pre Shared Key)微信发消息会有三个参数:signature、timestamp和nonce。验证是否为微信发送的消息流程如下：

$signature = $_GET["signature"];
$timestamp = $_GET["timestamp"];
$nonce = $_GET["nonce"];
$token = TOKEN;
// 按照$token,$timestamp,$nonce的顺序组成数组
$tmpArr = array($token, $timestamp, $nonce);
// 按照字典序排序
sort($tmpArr, SORT_STRING);
// 将排序后的数组串成字符串
$tmpStr = implode( $tmpArr );
// 用sha1计算签名
$tmpStr = sha1( $tmpStr );
// 校验签名
if( $tmpStr == $signature ){
    return true;
}else{
    return false;
}

这里在使用的时候，这里针对消息的重放攻击的防护应该检查nonce值是否已经存在，如果已经存在可能为非法通知，按道理来讲也应该检查这里timestamp和当前时间比较是否已经过了一定的时间，但是这里在微信公众号开发文档中并没有说明，这里其实应该是需要验证消息是否是否在同一个时间戳内的，如果接收到的消息距离发送的时间已经超过1s就可以直接丢弃了，当然在网络不好的情况下会造成丢消息。

另外一个这里针对重试或者幂等性的要求上要做到解密后消息中去，比如发起重试使用同样的消息id即可。虽然每次的nonce值是不一样的，但是消息的id是一样的，就可以区分出来是否为同一个消息的重试发送。

这里一般的做法是抽出一个前置网关，做消息的解密和加密，后端服务进行消息的处理，消息的处理上对重试带来的幂等性问题做处理就可以了。