现在应用中，大部分都有登录模块——获取系统权限的第一道防线。面对登录框，黑客有很多攻击手段，暴力破解就是其中一种低成本攻击方法。所以登录次数限制功能成为了必要的防护措施。

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一、应用场景与设计目的

1. 应用场景

• 防御暴力破解攻击：攻击者尝试通过自动化工具测试大量用户名和密码组合。
• 防止资源滥用：恶意用户可能通过频繁的登录尝试，增加服务器负担，甚至造成拒绝服务。
• 提高用户数据安全性：通过限制失败尝试，保护用户的敏感信息不被非法访问。

2. 设计目的

• 安全性：通过限制失败次数和时间窗口，降低账户被暴力破解的风险。
• 用户体验：提供适度的限制和友好的提示信息，避免对正常用户造成过多干扰。
• 灵活性：支持基于用户、IP或设备的多维度限制规则，适应不同场景需求。
• 性能与扩展性：方案应在高并发环境下高效运行，并支持分布式部署。

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二、功能设计

1. 登录限制规则

• 失败次数限制：在固定时间窗口内（如5分钟）限制尝试登录的次数（如最多5次）。
• 锁定机制：超过限制后，账号或IP在一段时间内无法登录（如10分钟）。
• 逐步增加惩罚：对于多次超过限制的用户，可动态增加锁定时间。

2. 解锁机制

• 自动解锁：等待锁定时间结束后自动解除限制。
• 管理员手动解锁：在后台管理系统提供手动解锁的功能。
• 多级验证：对于恶意尝试较多的用户，强制加入额外验证（如验证码）。

3. 适用维度

• 用户级别：限制特定用户名的登录尝试。
• IP级别：限制特定IP地址的频繁尝试，防止分布式攻击。
• 设备级别：针对特定设备标识限制尝试。

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三、技术实现

1. 数据存储

为了高效记录和管理登录尝试信息，推荐使用缓存系统（如 Redis）。它具有高性能、自动过期和分布式支持的特点。

数据结构设计：

• 键：login_attempts:{username} 或 login_attempts:{ip}
• 值：记录失败次数。
• 过期时间：失败记录的生存周期（如5分钟）。

2. 逻辑流程

以下是登录次数限制的基本流程：

1. 检查当前用户或IP是否已被锁定：

   • 如果锁定，提示用户锁定状态及剩余时间。

2. 验证用户名和密码：

   • 成功：清除失败记录。
   • 失败：增加失败次数，更新过期时间，提示剩余尝试次数。

3. 当失败次数超过限制时：

   • 锁定账户或IP，记录锁定时间。

   

3. 实现代码示例

先引入redis依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

以下为 Java 伪代码，展示登录限制的基本实现。后面注入这个bean，根据上面流程图在对应的地方调用方法就可以了。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Service
public class LoginAttemptService {

    private final int MAX_ATTEMPTS = 5; // 最大失败次数
    private final long LOCK_TIME = 15; // 锁定时间，单位：分钟

    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    private String getRedisKey(String username) {
        return "login_attempt:" + username;
    }

    public void loginFailed(String username) {
        String redisKey = getRedisKey(username);
        Integer attempts = (Integer) redisTemplate.opsForValue().get(redisKey);

        if (attempts == null) {
            redisTemplate.opsForValue().set(redisKey, 1, LOCK_TIME, TimeUnit.MINUTES);
        } else {
            redisTemplate.opsForValue().increment(redisKey);
        }
    }

    public void loginSucceeded(String username) {
        redisTemplate.delete(getRedisKey(username));
    }

    public boolean isLocked(String username) {
        String redisKey = getRedisKey(username);
        Integer attempts = (Integer) redisTemplate.opsForValue().get(redisKey);

        if (attempts != null && attempts >= MAX_ATTEMPTS) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    public long getRemainingLockTime(String username) {
        String redisKey = getRedisKey(username);
        return redisTemplate.getExpire(redisKey, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

4. 动态锁定时间

这里你可以想办法保留先前登录失败的次数，每错一次就增加锁定的时间（类似iPhone）。

锁定时间可以随着失败次数增加，采用指数递增策略：

• 第一次锁定：5分钟。
• 第二次锁定：15分钟。
• 第三次锁定：30分钟。

伪代码如下：

private long calculateLockTime(int attempts) {
    return (long) Math.pow(2, attempts - MAX_ATTEMPTS) * LOCK_TIME;
}

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四、安全增强与扩展

1. 防止用户名枚举

攻击者可能通过系统错误提示，判断用户名是否存在。为此：

• 登录失败统一返回：“用户名或密码错误”。

2. 加入验证码

在尝试次数接近上限时，强制用户通过验证码验证，增加破解难度。

3. 监控与报警

记录登录失败日志，通过分析大规模失败尝试，发现并阻止潜在的暴力破解行为。

4. 分布式支持

在分布式系统中，使用统一的缓存（如 Redis）存储失败记录，保证所有实例共享数据。

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五、设计思考

1. 如何平衡安全与用户体验？
   • 过于严格的限制可能导致误锁定正常用户，建议提供解锁选项（如通过邮箱验证）。
2. 如何应对复杂攻击场景？
   • 对于分布式暴力破解，需结合IP限制和设备指纹等多维度数据分析。
3. 是否需要提供自定义规则？
   • 根据业务场景，允许管理员配置失败次数、锁定时间等规则，以适应不同的安全需求。

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六、总结

1. 如何平衡安全与用户体验?
   • 过于严格的限制可能导致误锁定正常用户，建议提供解锁选项（如通过邮箱验证）。
2. 如何应对复杂攻击场景？
   • 对于分布式暴力破解，需结合IP限制和设备指纹等多维度数据分析。
3. 是否需要提供自定义规则？
   • 根据业务场景，允许管理员配置失败次数、锁定时间等规则，以适应不同的安全需求。

登录次数限制是一项核心的安全功能，它不仅能有效防御暴力破解攻击，还能增强系统的整体安全性。在实现过程中，应兼顾安全性、用户体验与系统性能。同时，通过动态调整规则、加入验证码和增强监控，可以进一步提升系统的防护能力。

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