SpringBoot3实战：实现接口签名验证

有时候我们要把自己的服务暴露给第三方去调用，为了防止接口不被授权访问，我们一般采用接口签名的方式去保护接口。

接下来松哥和大家聊一聊这个话题。

一场景分析

什么时候需要接口签名？

接口签名是一种重要的安全机制，用于确保 API 请求的真实性、数据的完整性以及防止重放攻击。

当我们需要保护 API 接口不被未授权访问、确保传输数据在过程中不被篡改，或者需要防止恶意用户利用 API 进行攻击时，就需要使用接口签名。

松哥来举几个需要做接口签名的例子：

开放 API 给第三方使用：当你的 API 需要对外开放，让第三方应用或服务调用时，接口签名可以验证请求方的身份，确保只有拥有有效签名的请求才能被接受。
数据完整性校验：在数据传输过程中，接口签名可以确保数据不被篡改。通过将请求数据与密钥一起进行哈希运算，生成签名值，接收方收到数据后可以用相同的方法生成签名值进行对比，如果一致则数据未被篡改。
防止重放攻击：通过在签名中加入时间戳或随机数等动态元素，接口签名可以防止攻击者截获并重复发送有效的 API 请求。
接口防刷：为了防止接口被恶意调用，通常会采用一些防刷策略，比如限制请求频率、使用验证码等。接口签名可以作为防刷策略的一部分，确保请求的合法性。
敏感操作验证：对于涉及敏感数据或重要操作的 API，如支付、转账等，接口签名提供了额外的安全保障，确保请求的安全性。
API 安全合规：在某些行业，如金融、医疗等，法律法规可能要求对 API 进行严格的安全控制，接口签名是满足这些合规要求的一种方式。

这里有一个很重要的点，就是我们的接口是暴露给对方服务端调用的，而不是暴露给前端调用的，这样的场景需要做接口签名。

二签名步骤

一般来说，接口签名的步骤是这样的：

构造待签名字符串：将请求方法、请求 URI、请求参数（包括查询参数和请求体中的参数）、时间戳等关键信息按照一定的规则拼接成待签名字符串。
生成签名：使用客户端持有的私钥（或密钥）对待签名字符串进行加密（或哈希运算），生成签名。
发送请求：将生成的签名作为请求的一部分（如请求头）发送给服务器。
验证签名：服务器收到请求后，使用相同的规则构造待签名字符串，并使用对应的公钥（或密钥）进行验证。如果签名验证通过，则处理请求；否则，拒绝请求。

实现接口签名时，需要注意密钥管理、时间戳检查、错误处理和日志记录等安全实践。

三代码实践

接下来，基于 SpringBoot3，松哥来给大家演示一个接口签名案例。

首先我们需要一个签名和验签的工具类。这里我们采用 HmacSHA1 算法。

HmacSHA1 是一种基于 SHA-1 哈希算法的加密哈希消息认证码（Hash-based Message Authentication Code，简称 HMAC）算法。HMAC 是一种用于验证数据完整性和认证消息发送者身份的机制。它结合了加密哈希函数和加密密钥，从而提供了一种安全的方式来确认数据的完整性和真实性。

public class SignUtils {

    /**
     * 使用 HmacSHA1 算法进行签名
     * @param secretKey 密钥
     * @param data 数据
     * @return
     */
    public static String signWithHmacSha1(String secretKey, String data) {

        try {
            SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(secretKey.getBytes("UTF-8"), "HmacSHA1");
            Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA1");
            mac.init(signingKey);
            return Base64.getEncoder().encodeToString(mac.doFinal(data.getBytes("UTF-8")));
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException | UnsupportedEncodingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }


    /**
     * 验证签名
     * @param secretKey 密钥
     * @param data 数据
     * @param hmac 签名
     * @return
     */
    public static boolean verify(String secretKey, String data, String hmac) {
        String calculatedHmac = signWithHmacSha1(secretKey, data);
        return calculatedHmac.equals(hmac);
    }
}

这个类很简单，一个用来生成签名的方法，这个方法按理说可以封装到 SDK 中给到调用者，或者告诉调用者思路，由调用者自行实现。

第二个方法则是一个签名验证的方法，对用户传来的签名信息进行校验。

接下来我需要一个 App 信息的查询类：

@Service
public class AppService {

    private static final Map<String, String> APP_INFO = Map.of("app1", "sign1", "app2", "sign2");

    public String getAppKey(String appId) {
        return APP_INFO.get(appId);
    }
}

这个类的作用是这样的：比如我们想要接入微信公众号后台，我们需要先在微信公众号后台配置我们自己的应用信息，配置完成后，微信公众号会给我们一个 appId 和 appSecret，微信自己会把这两个信息存入到数据库中，将来用户请求来的时候，用户会携带上 appId，但是不会携带 appSecret，微信公众号可以根据用户携带的 appId 去数据库中查询到 appSecret，然后进行验签。

松哥这个案例简化了，直接模拟了两个 appId 和 appSecret 存入到 Map 中，这里提供一个根据 appId 查询 appSecret 的函数。

接下来我们定义一个拦截器，在拦截器中对签名进行验证：

public class SignInterceptor implements HandlerInterceptor {
    public final static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SignInterceptor.class);
    AppService appService;

    public SignInterceptor(AppService appService) {
        this.appService = appService;
    }

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        String appId = request.getHeader("appId");
        String timestamp = request.getHeader("timestamp");
        String sign = request.getHeader("sign");
        if (StringUtils.hasText(appId) && StringUtils.hasText(timestamp) && StringUtils.hasText(sign)) {
            if (LocalDateTime.now().compareTo(LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochMilli(Long.parseLong(timestamp)), ZoneId.systemDefault()).plusMinutes(1L)) < 0) {
                String originalSign = appId + "-" + appService.getAppKey(appId) + "-" + timestamp;
                if (SignUtils.verify(appService.getAppKey(appId), originalSign, sign)) {
                    return true;
                } else {
                    logger.error("签名验证失败");
                }
            } else {
                logger.error("签名已过期");
            }
        } else {
            logger.error("签名信息不完整");
        }
        response.setStatus(401);
        return false;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
        HandlerInterceptor.super.postHandle(request, response, handler, modelAndView);
    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {
        HandlerInterceptor.super.afterCompletion(request, response, handler, ex);
    }
}

请求头中主要有三个信息：

应用 id
时间戳
生成的签名

我们先从请求头中取出来这三个信息，检查是否为空；

然后判断一下这个时间戳，要求必须是 1 分钟之内的请求，这个判断目的主要是为了防止重放攻击。

接下来，根据 appId，以及根据 appId 查询出来的 appSecret，以及 timestamp，组成一个字符串，调用验签方法进行验证，如果验证通过，就说明请求没问题。

最后我们配置一下，让这个拦截器生效：

@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {
    @Autowired
    AppService appService;

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(new SignInterceptor(appService))
                //只拦截需要接口验签的请求
                .addPathPatterns("/app/**");
    }
}

OK，大功告成，接下来就可以写接口进行测试了：

@RestController
public class UserController {

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "hello";
    }
}

至于调用方要如何生成签名呢？松哥也给大家一个例子：

@Autowired
AppService appService;
@Test
void contextLoads() {
    String appId = "app1";
    long timeMillis = System.currentTimeMillis();
    String appSecret = appService.getAppKey(appId);
    String sign = SignUtils.signWithHmacSha1(appSecret, appId + "-" + appSecret + "-" + timeMillis);
    System.out.println("timeMillis = " + timeMillis);
    System.out.println("sign = " + sign);
}