反爬虫：利用ASP.NET MVC的Filter和缓存（入坑出坑）

背景介绍：


为了平衡社区成员的贡献和索取，一起帮引入了帮帮币。当用户积分（帮帮点）达到一定数额之后，就会“掉落”一定数量的“帮帮币”。为了增加趣味性，帮帮币“掉落”之后所有用户都可以“捡取”，谁先捡到归谁。

但这样就产生了一个问题，因为这个“帮帮币”是可以买卖有价值的，所以难免会有恶意用户用爬虫不断的扫描，导致这样的情况出现：

注：经核实，乔布斯的同学 其实没有用爬虫，就是手工点，点出来的！还能说什么呢？只能表示佩服啊佩服……

所以我们需要一种机制，阻止这种爬虫的行为。


大致思路：


这个问题我们有一个很便利的前提：只有注册用户才能够“捡起”帮帮币。所以，我们不需要通过“封IP”（需获取真实IP）这种方式来阻断爬虫爬行，而是直接封注册用户，非常方便。

那么如何判断一个请求是真实用户，还是爬虫呢？我们决定使用最简单的方法：记录访问频次。当某一个用户的访问频次高于设定值时（比如：5分钟10次），就判定该用户“有爬虫嫌疑”。

此外，为了防止误判（确实有用户手快），我们还应该给用户一个“解锁”的功能：通过输入验证码来确定不是爬虫。


细节设计：


一个最核心的问题是：用什么来记录用户的访问频次？

数据库？感觉没必要，这个数据又不需要长期保留，访问一次就做一次I/O操作在性能上接受不了，所以我们决定使用内存。

但是，具体需要记录那些数据，又用什么样的数据结构呢？

最后我们选择使用缓存，记录最简单的“用户ID -> 访问次数”键值对，来解决这个问题，因为：

  • 利用缓存的自动清除（expire）特性，清除过期数据，保证记录的访问次数始终是在一定时间内的。
  • 缓存的读写速度很快，性能上没有压力

当然，这里其实还是有那么点问题的。比如，假设缓存时间是5分钟，最多访问次数是10次。0:10，开始缓存访问次数，一直累加，到0:14，共记录访问次数7次，没有问题；然而，一过0:15，缓存被清空，0:16的时候，缓存里只有0:15到0:16这一分钟的数据，没有过去5分钟（从0:11到0:16）的数据。所以用户可以控制一直爬虫，访问9次，然后就歇着，5分钟过后，再继续访问9次，然后再歇5分钟……

唉~~真这么拼，我还真没什么办法？但如果这么一个频次他能接受的话，我其实也无所谓，你就慢慢爬呗。或者，我们后台做更大的监控，把每个用户的每次访问都记录下来，进行统计，找出异常。那时候可能就真的需要数据库了（为了提高性能可以内存里放一个DataTable，定时同步到Database）。但暂时来说，没有这个必要。


此外，还有一个问题，是不是只需要记录用户访问频次？

如果按上述方案，在缓存里记录访问频次，通过缓存数据来判断是否允许继续访问，会有一个问题：缓存到期失效之后，这个用户就又可以自由访问目标页面了！相当于到期自动解锁。

我觉得这还是不科学，如果认定是爬虫，只能是人工解锁（识别码验证）。所以在数据库用户表里添加一个“已锁定”（Locked）字段，如果用户被锁定，Update其为当前时间；未锁定时（解锁后）为NULL。


具体实现：


为了重用，我们需要利用 Authorize Fitler，在它的OnAuthorization()方法里面进行检查和记录。

代码本身应该比较简单，if...else...的逻辑： 

            ///1. 先根据数据库捡查当前用户是否被锁定
            ///2. 如果被锁定，直接拦截。否则：
            ///3. 在缓存中检查有无当前用户的访问次数记录
            ///     3.1 没有，新建一条他的缓存。否则：
            ///     3.2 检查该用户已访问次数
            ///         3.2.1 如果已到达访问次数限制，拦截并在数据库中锁定该用户。否则
            ///         3.2.2 累加用户的访问次数
精简注释代码如下：
    public class NeedLogOn : AuthorizeAttribute
    {
        public override void OnAuthorization(AuthorizationContext filterContext)
        {
            HttpContextBase context = filterContext.HttpContext;

            ///Autofac相关操作，获取正取的ISharedService实例
            ISharedService service = AutofacConfig.Container.Resolve<ISharedService>();
            _NavigatorModel model = service.Get();  //从数据库获取当前User的信息

            ///截断式编程，减少if...else的{}嵌套
            if (model.Locked.HasValue)
            {
                ///model.Locked 来自数据库，用户已经被锁定，拦截
                visitTooMuch(filterContext);
                return;
            }

            string cacheKey = CacheKey.MAX_VISIT + model.Id;

            ///非常有意思，不能直接使用int值类型，必须使用引用类型的
            VisitCounter amount;
            if (context.Cache[cacheKey] == null)
            {
                amount = new VisitCounter { Value = 1 };
                ///新建立一条Cache
                context.Cache.Add(cacheKey, amount, null,
                    DateTime.Now.AddSeconds(Config.Seconds),
                    Cache.NoSlidingExpiration, CacheItemPriority.Normal, null);
            }
            else
            {
                amount = context.Cache[cacheKey] as VisitCounter;
                if (amount.Value >= Config.MaxVisit)
                {
                    ///在数据库中锁定该用户
                    service.LockCurrentUser();
                    BaseService.Commit();

                    ///立即清除Cache
                    context.Cache.Remove(cacheKey);

                    visitTooMuch(filterContext);
                    return;}
                else
                {
                    ///不能使用：currentVisitAmount++;
                    ///context.Cache[cacheKey] = currentVisitAmount;
                    ///见：https://stackoverflow.com/questions/2118067/cached-item-never-expiring
                    amount.Value++;
                }
            }
        }
    }

    public class VisitCounter
    {
        public int Value { get; set; }
    }

 仔细观察代码，你会发现两个问题。这就是飞哥我曾经掉的坑啊！o(╥﹏╥)o

1、为什么要引入VisitCounter类？

缓存里就存放着这个类的实例，而这个类其实就包裹一个int Value；干嘛呢，这是？为什么不直接用int呢？直接把int存到Cache里不行吗？

不行啊！艹。

存进去，没问题；取出来，也没问题；但更新（累加）的时候有问题啊。你怎么更新？

            //取出缓存
            currentVisitAmount = Convert.ToInt32(context.Cache[cacheKey]);

            //累加
            currentVisitAmount++;
            //再存进去
            context.Cache[cacheKey] = currentVisitAmount;

这样不行的，具体的解释看这里：Cached item never expiring。

简单的说，context.Cache[cacheKey] = currentVisitAmount; 这一句，等于重新插入了一条永不过期的缓存。万万没想到啊！这个bug把飞哥都差点搞疯了，本来cache的调试都非常麻烦，还搞个这种幺蛾子。

所以解决的办法是什么呢？在Cache里存一个引用类型值，然后不改Cache，只改引用类实例里的值就OK了。代码就不重复了。


2、在锁定用户的同时，清除该用户的cache

这里啊，曾经走了点弯路。

我最开始是在解锁用户的时候清除该用户的Cache。 

        [NeedLogOn]
        public ActionResult Unlock()
        {
            string userId = getCurrentUserId();
            string cacheKey = CacheKey.MAX_VISIT + userId;
            HttpContext.Cache.Remove(cacheKey);

            return View(new ImageCodeModel());
        }
结果不知道咋回事，时灵时不灵。我把本地代码，连接服务器数据库，开着Debug模式，一步一会的进去看，OK，没问题；但把本地代码发布到服务器，duang，不行了？！没法调试，只有写log啥的，坑得我不要不要的……

后来突然发现，这里有“坏代码的味道”：重复。你看这个cacheKey的构建，是不是在 NeedLogOn.OnAuthorization()里构建过一次？重复使用的代码是不是就应该封装？所以呢，开始呢，是想弄一个方法出来获得cacheKey，比如striing GetVisitLimitCacheKey()啥的，但这个方法要让Controller里的UnLock()和Filter里的OnAuthorization()都能调用，放在哪里呢？

突然灵光一闪：为什么 Cache.Remove 要写在UnLock()里面呢？

其实只要用户被锁定，他的缓存信息就没用了。因为我们已经在数据库中标明了他被Locked，所以NeedLogOn.OnAuthorization()拦截住他，不需要Cache呀！尽早的清除这个Cache，还能提高那么一点点的性能。

最关键的是，这样代码更紧凑了：cacheKe在同一个方法里被使用，cache操作在同一个方法类完成，避免了代码分散耦合，优雅多了！


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最后的最后，请大家帮个小忙，我做的一个小调查：你愿不愿意成为“好心人”？

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