Spring Boot 接口数据加解密就该这样设计~

lhlrj

发布于 2023-4-17 17:41

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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

Spring Boot 接口数据加解密就该这样设计~-鸿蒙开发者社区

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：

尽量少改动，不影响之前的业务逻辑；
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；
要兼容低版本的接口，后面新开发的接口可不用兼容；
接口有GET和POST两种接口，需要都要进行加解密；

需求解析：

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；
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；
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：

@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;
    }
}

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。

本文转载自公众号：码猿技术专栏

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已于2023-4-17 17:41:42修改

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