app開發核心技術《一》之token驗籤機制(java篇)

一、客戶端(APP)和服務端驗籤機制

1.背景

        在以前傳統項目中，當用戶輸入完正確的用戶名和密碼之後，服務端會在session存入用戶的信息，即客戶端登錄成功後，服務端給其分配一個sessionId，返回給客戶端，以後每次客戶端請求帶着sessionId。這種方式進行交互的時候必然存在安全風險，上述登錄流程， 我們服務器判斷用戶的登錄狀態， 完全依賴於sessionId，一旦其被截獲， 黑客就能夠模擬出用戶的請求。例如（我們產品中以前真實發生過的）:現在wifi隨處可見，用戶通過wifi連接到公網，請求我們服務器，這樣在外連接不安全的wifi的時候，黑客就有機可趁了，他通過網絡傳輸工具，在用戶登錄我們APP之後，攔截獲取到我們傳給客戶端的sessionId；並通過用戶在APP中的操作，抓取到一些關鍵性的請求地址，進行僞造攻擊。

    基於此，我引入了當時比較流行的解決方案，通過RAS祕鑰對加密並引入token機制，防止被惡意攔截攻擊。方案如下：

1）客戶端在第一次進入的時候會進行初始化，服務端通過RSA生產祕鑰對A，私鑰A存在服務端，公鑰A傳給客戶端;

2）用戶在登錄時，將密碼用公鑰A進行RSA加密，並初始化RSA祕鑰對B，將公鑰B，用戶名，加密後的密碼傳給服務端。服務端通過私鑰A進行解密驗證密碼，通過後生產唯一字符串token，並通過公鑰B進行加密token和session一起傳給客戶端；

3）客戶端通過私鑰B進行解密獲得真正的token，存在上下文中，以後每次請求，都用公鑰A進行加密傳給服務端進行驗證

 

這樣，就算被攔截，黑客獲取到的都是密文，直接用戶僞造請求服務端的校驗會報錯，解密？？呵呵(破解這算法要買最好的計算機和花幾個月長則幾年的時間，取決於你祕鑰的長度)，難道太大，成本太高，黑客也會放棄攻擊的。（就像爬蟲和反爬蟲，當爬蟲成本遠大於收益的時候，爬蟲者也會放棄爬去該網站(保護成功)，反正人家不爬你爬誰）

 二、RSA加密（JAVA端實現）

package com.xiatian.scb.demo.util;

import org.springframework.util.Base64Utils;

import javax.crypto.Cipher;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
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.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 〈一句話功能簡述〉<br>
 * 〈功能詳細描述〉
 *
 * @author 18043622 2018/8/22
 * @see [相關類/方法]（可選）
 * @since [產品/模塊版本] （可選）
 */
public class RSAUtils {

    /** *//**
     * 加密算法RSA
     */
    public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";

    /** *//**
     * 簽名算法
     */
    public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";

    /** *//**
     * 獲取公鑰的key
     */
    private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";

    /** *//**
     * 獲取私鑰的key
     */
    private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";

    /** *//**
     * RSA最大加密明文大小
     */
    private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;

    /** *//**
     * RSA最大解密密文大小
     */
    private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;

    /** *//**
     * <p>
     * 生成密鑰對(公鑰和私鑰)
     * </p>
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static Map<String, Object> genKeyPair() throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        keyPairGen.initialize(1024);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<>(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 用私鑰對信息生成數字簽名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密數據
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decodeFromString(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PrivateKey privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initSign(privateK);
        signature.update(data);
        return Base64Utils.encodeToString(signature.sign());
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 校驗數字簽名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密數據
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @param sign 數字簽名
     *
     * @return
     * @throws Exception
     *
     */
    public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decodeFromString(publicKey);
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PublicKey publicK = keyFactory.generatePublic(keySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initVerify(publicK);
        signature.update(data);
        return signature.verify(Base64Utils.decodeFromString(sign));
    }

    /** *//**
     * <P>
     * 私鑰解密
     * </p>
     *
     * @param encryptedData 已加密數據
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encryptedData, String privateKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decodeFromString(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateK);
        int inputLen = encryptedData.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段解密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] decryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return decryptedData;
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 公鑰解密
     * </p>
     *
     * @param encryptedData 已加密數據
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] encryptedData, String publicKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decodeFromString(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = encryptedData.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段解密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] decryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return decryptedData;
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 公鑰加密
     * </p>
     *
     * @param data 源數據
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String publicKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decodeFromString(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        // 對數據加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = data.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return encryptedData;
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 私鑰加密
     * </p>
     *
     * @param data 源數據
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String privateKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decodeFromString(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateK);
        int inputLen = data.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return encryptedData;
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 獲取私鑰
     * </p>
     *
     * @param keyMap 密鑰對
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
            throws Exception {
        Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return Base64Utils.encodeToString(key.getEncoded());
    }

    /** *//**
     * <p>
     * 獲取公鑰
     * </p>
     *
     * @param keyMap 密鑰對
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
            throws Exception {
        Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return Base64Utils.encodeToString(key.getEncoded());
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Map<String, Object> keyMap = RSAUtils.genKeyPair();

        // 測試RSA
        System.err.println("公鑰加密——私鑰解密");
        String source = "我喜歡大灰狼，啦啦啦，大灰狼。密文你看不懂哦";
        System.out.println("\r加密前文字：\r\n" + source);
        byte[] data = source.getBytes();
        byte[] encodedData = RSAUtils.encryptByPublicKey(data, RSAUtils.getPublicKey(keyMap));
        System.out.println("加密後文字：\r\n" + Base64Utils.encodeToString(encodedData));
        byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPrivateKey(encodedData, RSAUtils.getPrivateKey(keyMap));
        String target = new String(decodedData);
        System.out.println("解密後文字: \r\n" + target);
    }

}

輸出結果：

加密前文字：
我喜歡大灰狼，啦啦啦，大灰狼。密文你看不懂哦
加密後文字：
Ap7sY2UnWyfKgqq+SgXDEH8u0XwmybDzdC+o4O2QQl+3aEYz5aUJpGJH7qoxQaEEwkEJMGGeKo6rkXlvi6j+2zJ56CBO34dyq9R6bc2eCZgcz21ghclKHYkOCOTkpKUh9g7BkjFIiUgtrrARlVMt1CmTVtEFn+ToyWq+K6/R3ms=
解密後文字: 
我喜歡大灰狼，啦啦啦，大灰狼。密文你看不懂哦

這樣 黑客最多得到密文，他也看不懂的啦

其實，以上token機制爲了以防萬一（黑客在用戶手機上裝了流氓軟件，解開了token明文）。我們也可以做一個token失效機制，每隔5分鐘就更新token一次（失效的token不能通過校驗），做個保護。