優雅的處理 API 介面敏感數據加解密（方案詳解）

一、背景與目標

隨著網路技術的快速發展，數據安全問題日益突出。為了防止爬蟲、防請求篡改、防請求重放，以及驗證數據完整性，本方案結合HTTPS原理和微信支付加解密設計，透過對稱加密、非對稱加密、簽名等技術，為API介面提供加解密設計和落地。

二、方案設計

對稱加密、非對稱加密、哈希演算法、驗簽演算法

HTTPS原理概述

HTTPS（ Hypertext Transfer Protocol Secure ）是一種透過電腦網路進行安全通訊的傳輸協定。它利用SSL/TLS協定在HTTP套用層進行通訊加密，透過證書進行身份驗證，從而確保數據傳輸的安全性和完整性。

微信支付加解密原理

介面加解密設計思路

三、技術實作

1、金鑰生成與管理：

透過工具生成非對稱金鑰對，伺服端負責保管私鑰。（客戶端也可以定期從伺服端獲取公鑰（傳輸過程中有泄露的風險），並保存到LocalStorage。）

2、加密演算法選擇：

對稱加密演算法可選用常用的AES，非對稱加密演算法可選用常用的RSA。哈希演算法可選用SHA-256、MD5，簽名演算法可選用RSA-SHA256等。根據Hutool加密演算法如下：

// 對稱金鑰
String key = "key";
AES aes = SecureUtil.aes(key.getBytes());
// 加密
String ciphertext = aes.encryptBase64(content);
// 解密
String result = aes.decryptStr(ciphertext);
// 非對稱公鑰
String publicKey = "xxxxxxx";
// 對稱金鑰
String key = "key";
RSA rsa = new RSA(null, publicKey);
// 對對稱金鑰進行加密
String ciphertextKey = rsa.encryptBase64(key, KeyType.PublicKey);

// 非對稱私鑰
String privateKey = "xxxxxxx";
RSA rsa2 = new RSA(privateKey, null);
// 對加密的對稱金鑰進行解密
String key = rsa2.encryptBase64(ciphertextKey, KeyType.PrivateKey);
String data = "測試";
Digester sha256 = new Digester(DigestAlgorithm.SHA256);
System.out.println(sha256.digestHex(data));
// 暫不考慮
String publicKey = "xxxxx";
String privateKey = "xxxxx";
String data = "測試";
Sign privateSign = SecureUtil.sign(SignAlgorithm.SHA256withRSA, privateKey, null);
String sign = new String(Base64.getEncoder().encode(privateSign.sign(data)));
System.out.println("簽名：" + sign);
Sign publicSign = SecureUtil.sign(SignAlgorithm.SHA256withRSA, null, publicKey);
System.out.println(publicSign.verify(data.getBytes(), Base64.getDecoder().decode(sign.getBytes())));




3、簽名規則：

等queryString和body參數加密後，將queryString、時間戳、明文對稱金鑰、body參數按順序進行拼接，然後透過SHA256演算法進行哈希得到簽名sign，然後將sign放在header中進行傳遞

4、參數傳遞：

將請求參數 queryString 拼成" param1=value1&param2=value2 "格式

將 queryString 進行對稱加密，得到" ciphertext=xxxxx "，並重新拼接到url後面

query參數可以參考GET請求

body參數可以透過對稱加密得到base64密文，直接用body進行傳輸

例如：

url?ciphertext=xxxxx
body：xxxxxxxx


5、後端處理：

1. 請求有效驗證： 獲取header中ts參數，得到時間戳並判斷時間戳是否超過一定時間；

2. 解密對稱金鑰： 透過私鑰解密header中的ek參數，得到明文的對稱金鑰key；

3. 驗簽： 將queryString、時間戳、明文對稱金鑰、body參數按順序進行拼接，然後透過SHA256演算法進行哈希得到簽名sign，與header中的sign做比較；

4. 解密參數： 透過明文對稱金鑰，分別解密queryString、body參數；

5. 加密響應結果： 請求完成後，將響應結果透過對稱加密得到base64密文，並返回給客戶端

四、常見問題

Q：為什麽需要參考HTTPS來設計介面加解密？

A：HTTPS結合了對稱加密和非對稱加密，安全性更高，同時也能滿足效率要求

Q：如果只使用對稱加密有什麽問題？

A：客戶端是不安全的，很容易暴露金鑰，只要一旦暴露，加密就形同虛設

Q：如果只使用非對稱加密有什麽問題？

A：

Q：介面參數已經加密了，是否還有必要簽名？

A：有必要，生產環境不是每一個介面都需要加密的。但是每一個介面都需要防篡改、防重放

Q：簽名演算法為什麽沒有采用RSA-SHA256？

A：

Q：用了對稱和非對稱混合加密，非對稱公鑰保存在客戶端，還是有可能泄露，怎麽保證安全？

A：

Q：對稱和非對稱同時使用的話，怎麽保證加解密的效率？

A：請求參數和響應結果實際還是透過對稱加密，非對稱只會對對稱金鑰進行加解密，所以效率和對稱加密差不多4

Q：該方案是否是絕對安全？如果不是，是否有絕對安全的加解密方案？

A：

五、安全性分析

本方案結合對稱加密和非對稱加密的優點，既保證了數據傳輸的安全性，又提高了加密解密的效率。但是需要考慮客戶端公鑰的安全性。

防篡改： 請求參數都進行了簽名，只要客戶端公鑰不泄露，無法修改請求參數；

防爬蟲： 請求參數進行了簽名和加密，無法模擬客戶端請求；響應結果進行了加密，即使抓包拿到了結果，也無法進行解密

防重放： 請求頭中引入時間戳，並且時間戳也進行了驗簽，可以防止篡改，每次伺服端接收到請求都會驗證時間戳的有效性。（短時間內的重放暫時阻止不了，可以考慮在後端在緩存進行驗證，但目前業務用不上）

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作者：Jason22

來源：https://juejin.cn/post/7358368402795692082

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