API接口验证

一.前言

　　权限验证在开发中是经常遇到的，通常也是封装好的模块，如果我们是使用者，通常指需要一个标记特性或者配置一下就可以完成，但实际里面还是有许多东西值得我们去探究。有时候我们也会用一些开源的权限验证框架，不过能自己实现一遍就更好，自己开发的东西成就感（逼格）会更高一些。进入主题，本篇主要是介绍接口端的权限验证，这个部分每个项目都会用到，所以最好就是也把它插件化，放在Common中，新的项目就可以直接使用了。基于web的验证之前也写过这篇，有兴趣的看一下ASP.NET MVC Form验证。

二.简介

　　对于我们系统来说，提供给外部访问的方式有多种，例如通过网页访问，通过接口访问等。对于不同的操作，访问的权限也不同，如：

1. 可直接访问。对于一些获取数据操作不影响系统正常运行的和数据的，多余的验证是没有必要的，这个时候可以直接访问，例如获取当天的天气预报信息，获取网站的统计信息等。

2. 基于表单的web验证。对于网站来说，有些网页需要我们登录才可以操作，http请求是无状态，用户每次操作都登录一遍也是不可能的，这个时候就需要将用户的登录状态记录在某个地方。基于表单的验证通常是把登录信息记录在Cookie中，Cookie每次会随请求发送到服务端，以此来进行验证。例如博客园，会把登录信息记录在一个名称为.CNBlogsCookie的Cookie中(F12可去掉cookie观察效果)，这是一个经过加密的字符串，服务端会进行解密来获取相关信息。当然虽然进行加密了，但请求在网络上传输，依据可能被窃取，应对这一点，通常是使用https，它会对请求进行非对称加密，就算被窃取，也无法直接获得我们的请求信息，大大提高了安全性。可以看到博客园也是基于https的。

　　3. 基于签名的api验证。对于接口来说，访问源可能有很多，网站、移动端和桌面程序都有可能，这个时候就不能通过cookie来实现了。基于签名的验证方式理论很简单，它有几个重要的参数：appkey, random,timestamp,secretkey。secretkey不随请求传输，服务端会维护一个 appkey-secretkey 的集合。例如要查询用户余额时，请求会是类似：/api/user/querybalance?userid=1&appkey=a86790776dbe45ca9032fc59bbc351cb&random=191&timestamp=14826791236569260&sign=09d72f207ba8ca9c0fd0e5f8523340f5　

参数解析：

　　1.appkey用于给服务端找到对应的secretkey。有时候我们会分配多对appkey-secretkey，例如安卓分一对，ios分一对。

　　2.random、timestamp是为了防止重放攻击的（Repaly Attacks），这是为了避免请求被窃取后，攻击者通过分析后破解后，再次发起恶意请求。参数timestamp时间戳是必须的，所谓时间戳是指从1970-1-1至当前的总秒数。我们规定一个时间，例如20分钟，超过20分钟就算过期，如果当前时间与这个时间戳的间隔超过20分钟，就拒绝。random不是必须的，但有了它也可以更好防止重放攻击，理论上来说，timestamp+random应该是唯一的，这个时候我们可以将其作为key缓存在redis，如果通过请求的timestamp+random能在规定时间获取到，就拒绝。这里还有个问题，客户端与服务端时间不同步怎么办？这个可以要求客户端校正时间，或者把过期时间调大，例如30分钟才算过期，再或者可以使用网络时间。防止重放攻击也是很常见的，例如你可以把手机时间调到较早前一个时间，再使用手机银行，这个时候就会收到error了。

　3.sign签名是通过一定规则生成，在这里我用sign=md5(httpmethod+url+timestamp+参数字符串+secretkey)生成。服务端接收到请求后，先通过appkey找到secretkey，进行同样拼接后进行hash，再与请求的sign进行比较，不一致则拒绝。这里需要注意的是，虽然我们做了很多工作，但依然不能阻止请求被窃取；我把timestamp参与到sign的生成，因为timestamp在请求中是可见的，请求被窃取后它完全可以被修改并再次提交，如果我们把它参与到sign的生成，一旦修改，sign也就不一样了，提高了安全性。参数字符串是通过请求参数拼接生成的字符串，目的也是类似的，防止参数被篡改。例如有三个参数a=1,b=3,c=2，那么参数字符串=a1b3c2，也可以通过将参数按值进行排序再拼接生成参数字符串。

　　使用例子，最近刚好在使用友盟的消息推送服务，可以看到它的签名生成规则如下，与我们介绍是类似的。

三.编码实现

　　这里还是通过Action Filter来实现的，具体可以看通过源码了解ASP.NET MVC 几种Filter的执行过程介绍。通过上面的简介，这里的代码虽多，但很容易理解了。ApiAuthorizeAttribute 是标记在Action或者Controller上的，定义如下

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method)]
public class ApiAuthorizeAttribute : ApiBaseAuthorizeAttribute
{
    private static string[] _keys = new string[] { "appkey", "timestamp", "random", "sign" };
 
    public override void OnAuthorization(AuthorizationContext context)
    {
        //是否允许匿名访问
        if (context.ActionDescriptor.IsDefined(typeof(AllowAnonymousAttribute), false))
        {
            return;
        }
        HttpRequestBase request = context.HttpContext.Request;
        string appkey = request[_keys[0]];
        string timestamp = request[_keys[1]];
        string random = request[_keys[2]];
        string sign = request[_keys[3]];
        ApiStanderConfig config = ApiStanderConfigProvider.Config;
        if(string.IsNullOrEmpty(appkey))
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissAppKey);
            return;
        }
        if (string.IsNullOrEmpty(timestamp))
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissTimeStamp);
            return;
        }
        if (string.IsNullOrEmpty(random))
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissRamdon);
            return;
        }
        if(string.IsNullOrEmpty(sign))
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.MissSign);
            return;
        }
        //验证key
        string secretKey = string.Empty;
        if(!SecretKeyContainer.Container.TryGetValue(appkey, out secretKey))
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.KeyNotFound);
            return;
        }
        //验证时间戳(时间戳是指1970-1-1到现在的总秒数)     
        long lt = 0;
        if (!long.TryParse(timestamp, out lt))
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.TimeStampTypeError);
            return;
        }
        long now = DateTime.Now.Subtract(new DateTime(1970, 1, 1)).Ticks;
        if (now - lt > new TimeSpan(0, config.Minutes, 0).Ticks)
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.PastRequet);
            return;
        }
        //验证签名
        //httpmethod + url + 参数字符串 + timestamp + secreptkey
        MD5Hasher md5 = new MD5Hasher();
        string parameterStr = GenerateParameterString(request);
        string url = request.Url.ToString();
        url = url.Substring(0, url.IndexOf('?'));
        string serverSign = md5.Hash(request.HttpMethod + url + parameterStr + timestamp + secretKey);
        if(sign != serverSign)
        {
            SetUnAuthorizedResult(context, ApiUnAuthorizeType.ErrorSign);
            return;
        }
    }
 
    private string GenerateParameterString(HttpRequestBase request)
    {
        string parameterStr = string.Empty;
        var collection = request.HttpMethod == "GET" ? request.QueryString : request.Form;
        foreach(var key in collection.AllKeys.Except(_keys))
        {
            parameterStr += key + collection[key] ?? string.Empty;
        }
        return parameterStr;
    }
}

　　下面会对这段核心代码进行解析。ApiStanderConfig包装了一些配置信息，例如上面我们说到的过期时间是20分钟，但我们希望可以在模块外部进行自定义。所以通过一个ApiStanderConfig来包装，通过ApiStanderConfigProvider来注册和获取。ApiStanderConfig和ApiStanderConfigProvider的定义如下

public class ApiStanderConfig
{
    public int Minutes { get; set; }
}　　

public class ApiStanderConfigProvider
{
    public static ApiStanderConfig Config { get; private set; }
 
    static ApiStanderConfigProvider()
    {
        Config = new ApiStanderConfig()
        {
            Minutes = 20
        };
    }
 
    public static void Register(ApiStanderConfig config)
    {
        Config = config;
    }
}

　　前面介绍到服务端会维护一个appkey-secretkey的集合，这里通过一个SecretKeyContainer实现，它的Container就是一个字典集合，定义如下

public class SecretKeyContainer
{
    public static Dictionary<string, string> Container { get; private set; }
 
    static SecretKeyContainer()
    {
        Container = new Dictionary<string, string>();
    }
 
    public static void Register(string appkey, string secretKey)
    {
        Container.Add(appkey, secretKey);
    }
 
    public static void Register(Dictionary<string, string> set)
    {
        foreach(var key in set)
        {
            Container.Add(key.Key, key.Value);
        }
    }
}

　　可以看到，上面有很多的条件判断，并且错误会有不同的描述。所以我定义了一个ApiUnAuthorizeType错误类型枚举和DescriptionAttribute标记，如下：

public enum ApiUnAuthorizeType
{
    [Description("时间戳类型错误")]
    TimeStampTypeError = 1000,
 
    [Description("appkey缺失")]
    MissAppKey = 1001,
 
    [Description("时间戳缺失")]
    MissTimeStamp = 1002,
 
    [Description("随机数缺失")]
    MissRamdon = 1003,
 
    [Description("签名缺失")]
    MissSign = 1004,
 
    [Description("appkey不存在")]
    KeyNotFound = 1005,
 
    [Description("过期请求")]
    PastRequet = 1006,
 
    [Description("错误的签名")]
    ErrorSign = 1007
}

public class DescriptionAttribute : Attribute
{
    public string Description { get; set; }
 
    public DescriptionAttribute(string description)
    {
        Description = description;
    }
}

　　当验证不通过时，会调用SetUnAuthorizedResult，并且请求不需再进行下去了。这个方法是在基类中实现的，如下

public class ApiBaseAuthorizeAttribute : AuthorizeAttribute
{
    protected virtual void SetUnAuthorizedResult(AuthorizationContext context, ApiUnAuthorizeType type)
    {
        UnAuthorizeHandlerProvider.ApiHandler(context, type);
        HandleUnauthorizedRequest(context);
    }
 
    protected override void HandleUnauthorizedRequest(AuthorizationContext filterContext)
    {
        if (filterContext.Result != null)
        {
            return;
        }
        base.HandleUnauthorizedRequest(filterContext);
    }
}

　　可以看到，它通过一个委托根据错误类型处理结果，UnAuthorizeHandlerProvider定义如下

public class UnAuthorizeHandlerProvider
{
    public static Action<AuthorizationContext, ApiUnAuthorizeType> ApiHandler { get; private set; }
 
    static UnAuthorizeHandlerProvider()
    {
        ApiHandler = ApiUnAuthorizeHandler.Handler;
    }
 
    public static void Register(Action<AuthorizationContext, ApiUnAuthorizeType> action)
    {
        ApiHandler = action;
    }
}   

　　它默认通过ApiUnAuthorizeHandler.Handler来处理结果，但也可以在模块外部进行注册。默认的处理为ApiUnAuthorizeHandler.Handler，如下

public class ApiUnAuthorizeHandler
{
    public readonly static Action<AuthorizationContext, ApiUnAuthorizeType> Handler = (context, type) =>
    {
        context.Result = new StanderJsonResult()
        {
            Result = FastStatnderResult.Fail(type.GetDescription(), (int)type)
        };
    };
}

　　它的操作就是返回一个json结果。type.GetDescription是一个扩展方法，目的就是获取DescriptionAttribute的描述信息，如下

public static class EnumExt
{
    public static string GetDescription(this Enum e)
    {
        Type type = e.GetType();
        var attributes = type.GetField(e.ToString()).GetCustomAttributes(typeof(DescriptionAttribute), false) as DescriptionAttribute[];
        if(attributes.IsNullOrEmpty())
        {
            return null;
        }
        return attributes[0].Description;
    }
}

　　这里还涉及到几个json相关对象，但它们应该不影响阅读。StanderResult, FastStanderResult, StanderJsonResult，有兴趣也可以看一下，在实际项目中有很多地方都可以用到它们，可以标准和简化许多操作。如下

四.例子

　　我们在程序初始化时注册appkey-secretkey，如

//注册appkey-secretkey
string[] appkey1 = ConfigurationReader.GetStringValue("appkey1").Split(',');
SecretKeyContainer.Container.Add(appkey1[0], appkey1[1]);

　　下面的使用就很简单了，标记需要验证的接口。如

[ApiAuthorize]
public ActionResult QueryBalance(int userId)
{
    return Json("查询成功");
}

　　我们在网页输入链接测试：如

1.输入过期时间会提示{"IsSuccess":false,"Data":null,"Description":"过期请求","Code":1006}

2.输入错误签名会提示{"IsSuccess":false,"Data":null,"Description":"错误的签名","Code":1007}

　　只有所有验证都成功时才可以访问。

　　当然实际项目的验证可能会更复杂一些，条件也会更多一些，不过都可以在此基础上进行扩展。如上面所说，这种算法可以保证请求是合法的，而且参数不被篡改，但还是无法保证请求不被窃取，要实现更高的安全性还是需要使用https。