app开发核心技术《一》之token验签机制(java篇)

一、客户端(APP)和服务端验签机制

1.背景

        在以前传统项目中，当用户输入完正确的用户名和密码之后，服务端会在session存入用户的信息，即客户端登录成功后，服务端给其分配一个sessionId，返回给客户端，以后每次客户端请求带着sessionId。这种方式进行交互的时候必然存在安全风险，上述登录流程， 我们服务器判断用户的登录状态， 完全依赖于sessionId，一旦其被截获， 黑客就能够模拟出用户的请求。例如（我们产品中以前真实发生过的）:现在wifi随处可见，用户通过wifi连接到公网，请求我们服务器，这样在外连接不安全的wifi的时候，黑客就有机可趁了，他通过网络传输工具，在用户登录我们APP之后，拦截获取到我们传给客户端的sessionId；并通过用户在APP中的操作，抓取到一些关键性的请求地址，进行伪造攻击。

    基于此，我引入了当时比较流行的解决方案，通过RAS秘钥对加密并引入token机制，防止被恶意拦截攻击。方案如下：

1）客户端在第一次进入的时候会进行初始化，服务端通过RSA生产秘钥对A，私钥A存在服务端，公钥A传给客户端;

2）用户在登录时，将密码用公钥A进行RSA加密，并初始化RSA秘钥对B，将公钥B，用户名，加密后的密码传给服务端。服务端通过私钥A进行解密验证密码，通过后生产唯一字符串token，并通过公钥B进行加密token和session一起传给客户端；

3）客户端通过私钥B进行解密获得真正的token，存在上下文中，以后每次请求，都用公钥A进行加密传给服务端进行验证

 

这样，就算被拦截，黑客获取到的都是密文，直接用户伪造请求服务端的校验会报错，解密？？呵呵(破解这算法要买最好的计算机和花几个月长则几年的时间，取决于你秘钥的长度)，难道太大，成本太高，黑客也会放弃攻击的。（就像爬虫和反爬虫，当爬虫成本远大于收益的时候，爬虫者也会放弃爬去该网站(保护成功)，反正人家不爬你爬谁）

 二、RSA加密（JAVA端实现）

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;

/**
 * 〈一句话功能简述〉<br>
 * 〈功能详细描述〉
 *
 * @author 18043622 2018/8/22
 * @see [相关类/方法]（可选）
 * @since [产品/模块版本] （可选）
 */
public class RSAUtils {

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

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

    /** *//**
     * 获取公钥的key
     */
    private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";

    /** *//**
     * 获取私钥的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>
     * 生成密钥对(公钥和私钥)
     * </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>
     * 用私钥对信息生成数字签名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密数据
     * @param privateKey 私钥(BASE64编码)
     *
     * @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>
     * 校验数字签名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密数据
     * @param publicKey 公钥(BASE64编码)
     * @param sign 数字签名
     *
     * @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>
     * 私钥解密
     * </p>
     *
     * @param encryptedData 已加密数据
     * @param privateKey 私钥(BASE64编码)
     * @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;
        // 对数据分段解密
        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>
     * 公钥解密
     * </p>
     *
     * @param encryptedData 已加密数据
     * @param publicKey 公钥(BASE64编码)
     * @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;
        // 对数据分段解密
        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>
     * 公钥加密
     * </p>
     *
     * @param data 源数据
     * @param publicKey 公钥(BASE64编码)
     * @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);
        // 对数据加密
        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;
        // 对数据分段加密
        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>
     * 私钥加密
     * </p>
     *
     * @param data 源数据
     * @param privateKey 私钥(BASE64编码)
     * @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;
        // 对数据分段加密
        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>
     * 获取私钥
     * </p>
     *
     * @param keyMap 密钥对
     * @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>
     * 获取公钥
     * </p>
     *
     * @param keyMap 密钥对
     * @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();

        // 测试RSA
        System.err.println("公钥加密——私钥解密");
        String source = "我喜欢大灰狼，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("加密后文字：\r\n" + Base64Utils.encodeToString(encodedData));
        byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPrivateKey(encodedData, RSAUtils.getPrivateKey(keyMap));
        String target = new String(decodedData);
        System.out.println("解密后文字: \r\n" + target);
    }

}

输出结果：

加密前文字：
我喜欢大灰狼，啦啦啦，大灰狼。密文你看不懂哦
加密后文字：
Ap7sY2UnWyfKgqq+SgXDEH8u0XwmybDzdC+o4O2QQl+3aEYz5aUJpGJH7qoxQaEEwkEJMGGeKo6rkXlvi6j+2zJ56CBO34dyq9R6bc2eCZgcz21ghclKHYkOCOTkpKUh9g7BkjFIiUgtrrARlVMt1CmTVtEFn+ToyWq+K6/R3ms=
解密后文字: 
我喜欢大灰狼，啦啦啦，大灰狼。密文你看不懂哦

这样 黑客最多得到密文，他也看不懂的啦

其实，以上token机制为了以防万一（黑客在用户手机上装了流氓软件，解开了token明文）。我们也可以做一个token失效机制，每隔5分钟就更新token一次（失效的token不能通过校验），做个保护。