RESTful Api 身份认证中的安全性设计探讨

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2016-04-20
原文链接:mengkang.net

REST是一种软件架构风格。RESTful Api 是基于 HTTP 协议的 Api,是无状态传输。它的核心是将所有的 Api 都理解为一个网络资源。将所有的客户端和服务器的状态转移(动作)封装到 HTTP 请求的 Method  之中。

详情可以阅读 mengkang.net/620.html 。

而本篇文章则主要是讨论 RESTful Api 身份认证安全性设计。

没有绝对的安全,这个话题很深,下文都是自己的一些理解,水平有限,如有勘误,希望大家予以指正。

由于 RESTful Api 是基于 Http 协议的 Api,是无状态传输,所以只要和用户身份有关的请求都会带上身份认证信息。(很多时候客户端事先并不知道某个 api 后期会不会加入身份判断,所以我们一般都会选择每个请求都会带上认证信息,如果有的话。)

Http Basic Authentication

Http Basic 是一种比较简单的身份认证方式。在 Http header 中添加键值对 Authorization:  Basic xxx (xxx 是 username:passowrd base64 值)。

例如 username 为 zmk ,password 为 123456,请求则如下

GET /auth/basic/ HTTP/1.1
Host: xxxxx
Authorization: Basic em1rOjEyMzQ1Ng==

Base64 的解码是非常方便的,如果不使用 Https ,相当于是帐号密码直接暴露在请求中。

危险性高,实际开发者使用的应该几乎为0。

顺便提下 DIGEST 认证,和 BASIC 认证相差无几,而且不适合 api 设计,实际又需要两次请求,首次请求,服务器端返回401,并且带上nonce值,然后客户端再利用username+password+nonce默认MD5之后再请求。对 http 请求的作用是仅仅防止二次请求,对身份认证并没有什么提升。

Access Token

不知道是否应该这么称呼。原理即当客户端登录完毕之后,给客户端返回一个token,服务器端控制该token的有效期,每次请求都带上该值,然后服务器端做验证,退出之后,客户端通知服务端端销毁token,客户端本地也销毁。但是如果抓包获取到token,就能任意伪造请求了。

同时 api 接口还存在被第三方开发者或者公司随意利用的风险。也就是说,别人可以非常轻易的就弄出一个你们 app 的复制版,而且还用的你们的所有资源。

危险性高,实际开发估计使用得还不少。

Api Key + Security Key + Sign

下图是我们自己每次请求的身份认证的方式,如有不足,请大家指出。可以说是 JWT 的自定义版吧。

RESTful Api 身份认证中的安全性设计探讨

这里的认证逻辑即:

  1. 用户登录返回一个api_keysecurity_key

  2. 然后客户端将security_key存在客户端;

  3. 当要发送请求之前,通过function2加密方法,把如图所示的五个值一起加密,得到一个sign

  4. 发送请求的时候,则将除去security_key之外的值,以及sign一起发送给服务器端;

  5. 服务器端首先验证时间戳是否有效,比如是服务器时间戳5分钟之前的请求视为无效;

  6. 然后根据api_key得到sercurity_key

  7. 最后验证sign

Api key 的作用是什么?(补)

看到有朋友在头条问了这个问题,说下我的实际使用场景:

api key 是用来标识每个不同用户的(也就是说 api key 和用户 id 一一对应的),同时也用来验证security_keysign的。

比如有2000万用户,以 redis 作为数据库,将api_key为键,security_key作为值,api_key散列分布(比如对末尾位字符的ASCII对20取模)到20个 hashes 里。

当用户请求过来的时候首先根据api_key找到对应的 hashes,首先HEXISTS检查该api_key是否存在,存在则通过HGET取出该值,最后一起验证sign

是否需要加上时间戳验证?

上面的认证逻辑中加密得到签名的时候,把时间戳加进去是为了在一定程度上屏蔽了一些无效的请求,可以略去,也可以设计的更加严格。如果想防止恶意的 api ddos 攻击,这一步验证肯定是不行的。需要做更多的验证,比如用户验证,ip 验证等。可以参考 github 的 api 的设计。它会在返回的 http 头信息里带上

X-RateLimit-Limit: 5000
X-RateLimit-Remaining: 4999

表示这个接口在某一时间段内,该授权用户调用该接口的最大次数为5000次,该时间段内还剩余4999次。当然,这样的验证加上之后,在代码的执行效率上肯定会有所影响。

是否需要将request_parameters也加入到sign生成的算法之中?

也不是必须的,仅仅是为了请求的真实性,减少请求的伪造,比如有人抓包拿到 http 请求之后,如果没有验证sign这步,那么别人就可以非常简单的修改请求的参数,而请求都会生效。

这里将request_parameters也加入到签名之中,就减少了伪造请求的可能性,但是无法杜绝,破坏者可能就非要黑你,又对逆向工程非常熟悉,找到我们加密算法的实现,依然可以未知出合法的签名,所以我们常说,服务器端永远不能相信客户端的请求都是安全的、合法的,需要做验证的都还是不能省略。

同时这(sign算法)也造成了 api 接口调试的成本,api 测试工具必须也得实现那一套算法,或者是设置在开发环境下不做验证。我们在配置开发环境的时候则是 vpn 连测试服务器所在内网,然后进行测试,否则开发环境也存在被人利用的风险。

项目实例 github.com/zhoumengkan…

JWT

JWT (JSON Web Token) 使用流程如下(图片来自官网)

其认证机制也是登录,发放密钥给客户端,然后客户端每次发送请求的时候通过 JWT 的算法规则组装 JWT 的Auth Header,服务器端作验证。

web 授权认证的原理万变不离其宗,都是如此。

只不过 JWT 呢,自定了一套认证协议。格式为Header.Payload.Signature。比如xxxxx.yyyyy.zzzzz。签名内容是有Header+Payload+Secret通过HMAC SHA256算法加密而成。

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

而请求的很多参数键值对都可以放在Payload里面。完整讲解请求看官方的介绍 jwt.io/introductio…

需要注意的一点,依照 JWT 的协议,只有一个secret,无法得知该用户是谁,所以在secret该值中必须要可以解码出用户的id。

而我们自定义认证协议的时候header感觉就没有必要了,使用什么算法事先定义好即可。所以我们也没选择这种方式而是上面的那种方式。

其他

oauth2.0 则属于第三方认证,不在本篇的讨论范畴之内,可以阅读 www.ruanyifeng.com/blog/2014/0…

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