Spring Boot 接口数据加解密就该这样设计~

我会带着你远行 2023-09-23 18:40 74阅读 0赞

今天这篇文章聊一聊接口安全问题，涉及到接口的加密、解密

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和产品、前端同学对外需求后，梳理了相关技术方案， 主要的需求点如下：

1.  尽量少改动，不影响之前的业务逻辑；
2.  考虑到时间紧迫性，可采用对称性加密方式，服务需要对接安卓、IOS、H5三端，另外考虑到H5端存储密钥安全性相对来说会低一些，故分针对H5和安卓、IOS分配两套密钥；
3.  要兼容低版本的接口，后面新开发的接口可不用兼容；
4.  接口有GET和POST两种接口，需要都要进行加解密；

需求解析：

1.  服务端、客户端和H5统一拦截加解密，网上有成熟方案，也可以按其他服务中实现的加解密流程来搞；
2.  使用AES放松加密，考虑到H5端存储密钥安全性相对来说会低一些，故分针对H5和安卓、IOS分配两套密钥；
3.  本次涉及客户端和服务端的整体改造，经讨论，新接口统一加 /secret/ 前缀来区分

按本次需求来简单还原问题，定义两个对象，后面用得着，

用户类：

@Data
    public class User {
        private Integer id;
        private String name;
        private UserType userType = UserType.COMMON;
        @JsonFormat(pattern = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
        private LocalDateTime registerTime;
    }

用户类型枚举类：

构造一个简单的用户列表查询示例：

@RestController
    @RequestMapping(value = {"/user", "/secret/user"})
    public class UserController {
        @RequestMapping("/list")
        ResponseEntity<List<User>> listUser() {
            List<User> users = new ArrayList<>();
            User u = new User();
            u.setId(1);
            u.setName("boyka");
            u.setRegisterTime(LocalDateTime.now());
            u.setUserType(UserType.COMMON);
            users.add(u);
            ResponseEntity<List<User>> response = new ResponseEntity<>();
            response.setCode(200);
            response.setData(users);
            response.setMsg("用户列表查询成功");
            return response;
        }
    }

调用：localhost:8080/user/list

查询结果如下，没毛病：

{
     "code": 200,
     "data": [{
      "id": 1,
      "name": "boyka",
      "userType": {
       "code": "COMMON",
       "type": "普通用户"
      },
      "registerTime": "2022-03-24 23:58:39"
     }],
     "msg": "用户列表查询成功"
    }

目前主要是利用ControllerAdvice来对请求和响应体进行拦截，主要定义SecretRequestAdvice对请求进行加密和SecretResponseAdvice对响应进行加密(实际情况会稍微复杂一点，项目中又GET类型请求，自定义了一个Filter进行不同的请求解密处理)。

好了，网上的ControllerAdvice使用示例非常多，我这把两个核心方法给大家展示看看，相信大佬们一看就晓得了，不需多言。上代码：

SecretRequestAdvice请求解密：

@ControllerAdvice
    @Order(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
    @Slf4j
    public class SecretRequestAdvice extends RequestBodyAdviceAdapter {
        @Override
        public boolean supports(MethodParameter methodParameter, Type type, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> aClass) {
            return true;
        }
    
        @Override
        public HttpInputMessage beforeBodyRead(HttpInputMessage inputMessage, MethodParameter parameter, Type targetType, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> converterType) throws IOException {
            //如果支持加密消息，进行消息解密。
            String httpBody;
            if (Boolean.TRUE.equals(SecretFilter.secretThreadLocal.get())) {
                httpBody = decryptBody(inputMessage);
            } else {
                httpBody = StreamUtils.copyToString(inputMessage.getBody(), Charset.defaultCharset());
            }
            //返回处理后的消息体给messageConvert
            return new SecretHttpMessage(new ByteArrayInputStream(httpBody.getBytes()), inputMessage.getHeaders());
        }
    
        /**
         * 解密消息体
         *
         * @param inputMessage 消息体
         * @return 明文
         */
        private String decryptBody(HttpInputMessage inputMessage) throws IOException {
            InputStream encryptStream = inputMessage.getBody();
            String requestBody = StreamUtils.copyToString(encryptStream, Charset.defaultCharset());
            // 验签过程
            HttpHeaders headers = inputMessage.getHeaders();
            if (CollectionUtils.isEmpty(headers.get("clientType"))
                    || CollectionUtils.isEmpty(headers.get("timestamp"))
                    || CollectionUtils.isEmpty(headers.get("salt"))
                    || CollectionUtils.isEmpty(headers.get("signature"))) {
                throw new ResultException(SECRET_API_ERROR, "请求解密参数错误，clientType、timestamp、salt、signature等参数传递是否正确传递");
            }
    
            String timestamp = String.valueOf(Objects.requireNonNull(headers.get("timestamp")).get(0));
            String salt = String.valueOf(Objects.requireNonNull(headers.get("salt")).get(0));
            String signature = String.valueOf(Objects.requireNonNull(headers.get("signature")).get(0));
            String privateKey = SecretFilter.clientPrivateKeyThreadLocal.get();
            ReqSecret reqSecret = JSON.parseObject(requestBody, ReqSecret.class);
            String data = reqSecret.getData();
            String newSignature = "";
            if (!StringUtils.isEmpty(privateKey)) {
                newSignature = Md5Utils.genSignature(timestamp + salt + data + privateKey);
            }
            if (!newSignature.equals(signature)) {
                // 验签失败
                throw new ResultException(SECRET_API_ERROR, "验签失败，请确认加密方式是否正确");
            }
    
            try {
                String decrypt = EncryptUtils.aesDecrypt(data, privateKey);
                if (StringUtils.isEmpty(decrypt)) {
                    decrypt = "{}";
                }
                return decrypt;
            } catch (Exception e) {
                log.error("error: ", e);
            }
            throw new ResultException(SECRET_API_ERROR, "解密失败");
        }
    }

SecretResponseAdvice响应加密：

@ControllerAdvice
    public class SecretResponseAdvice implements ResponseBodyAdvice {
        private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SecretResponseAdvice.class);
    
        @Override
        public boolean supports(MethodParameter methodParameter, Class aClass) {
            return true;
        }
    
        @Override
        public Object beforeBodyWrite(Object o, MethodParameter methodParameter, MediaType mediaType, Class aClass, ServerHttpRequest serverHttpRequest, ServerHttpResponse serverHttpResponse) {
            // 判断是否需要加密
            Boolean respSecret = SecretFilter.secretThreadLocal.get();
            String secretKey = SecretFilter.clientPrivateKeyThreadLocal.get();
            // 清理本地缓存
            SecretFilter.secretThreadLocal.remove();
            SecretFilter.clientPrivateKeyThreadLocal.remove();
            if (null != respSecret && respSecret) {
                if (o instanceof ResponseBasic) {
                    // 外层加密级异常
                    if (SECRET_API_ERROR == ((ResponseBasic) o).getCode()) {
                        return SecretResponseBasic.fail(((ResponseBasic) o).getCode(), ((ResponseBasic) o).getData(), ((ResponseBasic) o).getMsg());
                    }
                    // 业务逻辑
                    try {
                        String data = EncryptUtils.aesEncrypt(JSON.toJSONString(o), secretKey);
                        // 增加签名
                        long timestamp = System.currentTimeMillis() / 1000;
                        int salt = EncryptUtils.genSalt();
                        String dataNew = timestamp + "" + salt + "" + data + secretKey;
                        String newSignature = Md5Utils.genSignature(dataNew);
                        return SecretResponseBasic.success(data, timestamp, salt, newSignature);
                    } catch (Exception e) {
                        logger.error("beforeBodyWrite error:", e);
                        return SecretResponseBasic.fail(SECRET_API_ERROR, "", "服务端处理结果数据异常");
                    }
                }
            }
            return o;
        }
    }

OK， 代码Demo撸好了，试运行一波：

请求方法：
    localhost:8080/secret/user/list
    
    header:
    Content-Type:application/json
    signature:55efb04a83ca083dd1e6003cde127c45
    timestamp:1648308048
    salt:123456
    clientType:ANDORID
    
    body体:
    // 原始请求体
    {
     "page": 1,
     "size": 10
    }
    // 加密后的请求体
    {
     "data": "1ZBecdnDuMocxAiW9UtBrJzlvVbueP9K0MsIxQccmU3OPG92oRinVm0GxBwdlXXJ"
    }
    
    // 加密响应体：
    {
        "data": "fxHYvnIE54eAXDbErdrDryEsIYNvsOOkyEKYB1iBcre/QU1wMowHE2BNX/je6OP3NlsCtAeDqcp7J1N332el8q2FokixLvdxAPyW5Un9JiT0LQ3MB8p+nN23pTSIvh9VS92lCA8KULWg2nViSFL5X1VwKrF0K/dcVVZnpw5h227UywP6ezSHjHdA+Q0eKZFGTEv3IzNXWqq/otx5fl1gKQ==",
        "code": 200,
        "signature": "aa61f19da0eb5d99f13c145a40a7746b",
        "msg": "",
        "timestamp": 1648480034,
        "salt": 632648
    }
    
    // 解密后的响应体：
    {
     "code": 200,
     "data": [{
      "id": 1,
      "name": "boyka",
      "registerTime": "2022-03-27T00:19:43.699",
      "userType": "COMMON"
     }],
     "msg": "用户列表查询成功",
     "salt": 0
    }

OK，客户端请求加密-》发起请求-》服务端解密-》业务处理-》服务端响应加密-》客户端解密展示，看起来没啥问题，实际是头天下午花了2小时碰需求，差不多花1小时写好demo测试，然后对所有接口统一进行了处理，整体一下午赶脚应该行了吧，告诉H5和安卓端同学明儿上午联调（不小的大家到这个时候发现猫腻没有，当时确实疏忽了，翻了大车......）

次日，安卓端反馈，你这个加解密有问题，解密后的数据格式和之前不一样，仔细一看，擦，这个userType和registerTime是不对劲，开始思考：这个能是哪儿的问题呢？1s之后，初步定位，应该是响应体的JSON.toJSONString的问题：

String data = EncryptUtils.aesEncrypt(JSON.toJSONString(o)),

Debug断点调试，果然，是JSON.toJSONString(o)这一步骤转换出了问题，那JSON转换时是不是有高级属性可以配置生成想要的序列化格式呢？FastJson在序列化时提供重载方法，找到其中一个"SerializerFeature"参数可以琢磨一下，这个参数是可以对序列化进行配置的，它提供了很多配置类型，其中感觉这几个比较沾边：

WriteEnumUsingToString,
    WriteEnumUsingName,
    UseISO8601DateFormat

对枚举类型来说，默认是使用的WriteEnumUsingName(枚举的Name)， 另一种WriteEnumUsingToString是重新toString方法，理论上可以转换成想要的样子，即这个样子：

@Getter
    @JsonFormat(shape = JsonFormat.Shape.OBJECT)
    public enum UserType {
        VIP("VIP用户"),
        COMMON("普通用户");
        private String code;
        private String type;
    
        UserType(String type) {
            this.code = name();
            this.type = type;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "{" +
                    "\"code\":\"" + name() + '\"' +
                    ", \"type\":\"" + type + '\"' +
                    '}';
        }
    }

结果转换出来的数据是字符串类型"\{"code":"COMMON", "type":"普通用户"\}"，这个方法好像行不通，还有什么好办法呢？思前想后，看文章开始定义的User和UserType类，标记数据序列化格式@JsonFormat，再突然想起之前看到过的一些文章，SpringMVC底层默认是使用Jackson进行序列化的，那好了，就用Jacksong实施呗，将SecretResponseAdvice中的序列化方法替换一下：

String data = EncryptUtils.aesEncrypt(JSON.toJSONString(o), secretKey);
     换为：
    String data =EncryptUtils.aesEncrypt(new ObjectMapper().writeValueAsString(o), secretKey);

重新运行一波，走起：

{
     "code": 200,
     "data": [{
      "id": 1,
      "name": "boyka",
      "userType": {
       "code": "COMMON",
       "type": "普通用户"
      },
      "registerTime": {
       "month": "MARCH",
       "year": 2022,
       "dayOfMonth": 29,
       "dayOfWeek": "TUESDAY",
       "dayOfYear": 88,
       "monthValue": 3,
       "hour": 22,
       "minute": 30,
       "nano": 453000000,
       "second": 36,
       "chronology": {
        "id": "ISO",
        "calendarType": "iso8601"
       }
      }
     }],
     "msg": "用户列表查询成功"
    }

解密后的userType枚举类型和非加密版本一样了，舒服了，== 好像还不对，registerTime怎么变成这个样子了？原本是"2022-03-24 23:58:39"这种格式的，网上有很多解决方案，不过用在我们目前这个需求里面，就是有损改装了啊，不太可取，遂去Jackson官网上查找一下相关文档，当然Jackson也提供了ObjectMapper的序列化配置，重新再初始化配置ObjectMpper对象：

String DATE_TIME_FORMATTER = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
    ObjectMapper objectMapper = new Jackson2ObjectMapperBuilder()
                                .findModulesViaServiceLoader(true)
                                .serializerByType(LocalDateTime.class, new LocalDateTimeSerializer(
                                        DateTimeFormatter.ofPattern(DATE_TIME_FORMATTER)))
                                .deserializerByType(LocalDateTime.class, new LocalDateTimeDeserializer(
                                        DateTimeFormatter.ofPattern(DATE_TIME_FORMATTER)))
                                .build();

转换结果：

{
     "code": 200,
     "data": [{
      "id": 1,
      "name": "boyka",
      "userType": {
       "code": "COMMON",
       "type": "普通用户"
      },
      "registerTime": "2022-03-29 22:57:33"
     }],
     "msg": "用户列表查询成功"
    }

OK，和非加密版的终于一致了，完了吗？感觉还是可能存在些什么问题，首先业务代码的时间序列化需求不一样，有"yyyy-MM-dd hh:mm:ss"的，也有"yyyy-MM-dd"的，还可能其他配置思考不到位的，导致和之前非加密版返回数据不一致的问题，到时候联调测出来了也麻烦，有没有一劳永逸的办法呢？哎，这个时候如果你看过 Spring 源码的话，就应该知道spring框架自身是怎么序列化的，照着配置应该就行嘛，好像有点道理，我这里不从0开始分析源码了。

跟着执行链路，找到具体的响应序列化，重点就是RequestResponseBodyMethodProcessor，

protected <T> void writeWithMessageConverters(@Nullable T value, MethodParameter returnType, ServletServerHttpRequest inputMessage, ServletServerHttpResponse outputMessage) throws IOException, HttpMediaTypeNotAcceptableException, HttpMessageNotWritableException {
            // 获取响应的拦截器链并执行beforeBodyWrite方法，也就是执行了我们自定义的SecretResponseAdvice中的beforeBodyWrite啦
      body = this.getAdvice().beforeBodyWrite(body, returnType, selectedMediaType, converter.getClass(), inputMessage, outputMessage);
      if (body != null) {
          // 执行响应体序列化工作
       if (genericConverter != null) {
        genericConverter.write(body, (Type)targetType, selectedMediaType, outputMessage);
       } else {
        converter.write(body, selectedMediaType, outputMessage);
       }
        }

进而通过实例化的AbstractJackson2HttpMessageConverter对象找到执行序列化的核心方法

-> AbstractGenericHttpMessageConverter:
     
     public final void write(T t, @Nullable Type type, @Nullable MediaType contentType, HttpOutputMessage outputMessage) throws IOException, HttpMessageNotWritableException {
            ...
      this.writeInternal(t, type, outputMessage);
      outputMessage.getBody().flush();
         
        }
     -> 找到Jackson序列化 AbstractJackson2HttpMessageConverter:
     // 从spring容器中获取并设置的ObjectMapper实例
     protected ObjectMapper objectMapper;
     
     protected void writeInternal(Object object, @Nullable Type type, HttpOutputMessage outputMessage) throws IOException, HttpMessageNotWritableException {
            MediaType contentType = outputMessage.getHeaders().getContentType();
            JsonEncoding encoding = this.getJsonEncoding(contentType);
            JsonGenerator generator = this.objectMapper.getFactory().createGenerator(outputMessage.getBody(), encoding);
    
      this.writePrefix(generator, object);
      Object value = object;
      Class<?> serializationView = null;
      FilterProvider filters = null;
      JavaType javaType = null;
      if (object instanceof MappingJacksonValue) {
       MappingJacksonValue container = (MappingJacksonValue)object;
       value = container.getValue();
       serializationView = container.getSerializationView();
       filters = container.getFilters();
      }
    
      if (type != null && TypeUtils.isAssignable(type, value.getClass())) {
       javaType = this.getJavaType(type, (Class)null);
      }
    
      ObjectWriter objectWriter = serializationView != null ? this.objectMapper.writerWithView(serializationView) : this.objectMapper.writer();
      if (filters != null) {
       objectWriter = objectWriter.with(filters);
      }
    
      if (javaType != null && javaType.isContainerType()) {
       objectWriter = objectWriter.forType(javaType);
      }
    
      SerializationConfig config = objectWriter.getConfig();
      if (contentType != null && contentType.isCompatibleWith(MediaType.TEXT_EVENT_STREAM) && config.isEnabled(SerializationFeature.INDENT_OUTPUT)) {
       objectWriter = objectWriter.with(this.ssePrettyPrinter);
      }
            // 重点进行序列化
      objectWriter.writeValue(generator, value);
      this.writeSuffix(generator, object);
      generator.flush();
        }

那么，可以看出SpringMVC在进行响应序列化的时候是从容器中获取的ObjectMapper实例对象，并会根据不同的默认配置条件进行序列化，那处理方法就简单了，我也可以从Spring容器拿数据进行序列化啊。SecretResponseAdvice进行如下进一步改造：

@ControllerAdvice
    public class SecretResponseAdvice implements ResponseBodyAdvice {
    
        @Autowired
        private ObjectMapper objectMapper;
         
          @Override
        public Object beforeBodyWrite(....) {
            .....
            String dataStr =objectMapper.writeValueAsString(o);
            String data = EncryptUtils.aesEncrypt(dataStr, secretKey);
            .....
        }
     }

经测试，响应数据和非加密版万全一致啦，还有GET部分的请求加密，以及后面加解密惨遭跨域问题，后面有空再和大家聊聊。

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