JAVA -- sm3加密签名，以及防止重复攻击_java sm3

背景：

        后端开发基本都遇到过使用签名校验的情况，签名的作用是为了防止请求数据被别人截取篡改重新请求。

        为什么签名验证可以防止请求数据被篡改，因为一般签名的规则就是，你的所有请求参数，按照约定好的格式进行拼接，后面得到一个拼接后的字符串，这个字符串后面再加上一个双方私下确认后的签名秘钥（固定），最后组合成一个待签名字符串，用这个字符串进行sm3加密。sm3加密是个不可逆的加密（理论上），请求方把这个加密后面签名字段放到请求头中，服务提供方本地根据相同的方法进行组合签名字符串和加密，然后对面本地加密的签名和请求头中的签名是否相同，相同则认为这个数据是可靠的，未被篡改过的（加密前数据不同，加密后的签名肯定不同）。

        PS:签名只能验证防止请求数据被篡改，并不能说你把数据加密让别人看不见，只要是互联网上传输，数据就可能被别人获取到

签名优化：

        请求头加上时间戳，代码上验证请求的时间戳和当前时间戳时间差距，差距过大就拒绝请求（比如只接受一分钟内请求），同时把这个时间戳加到签名字符串去，这样签名的数据内容就包含时间戳（可以防止别人用同一份签名发起重复请求攻击，因为时间戳是一直在变的，签名中的时间戳和请求报文头的时间戳不同，验证签名就不会通过），这样就可以做到即使有人获取到了某个请求的参数和签名，以此发起多次重复请求攻击，这种攻击最多只有一分钟的有效期。

代码：

package com.dw.task.utils;
 
import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.Objects;
 
@Slf4j
@Component
public class Sm3UtilHua {
 
    private static Integer httpCheckSignTimeOut = 1;//请求签名有效时间 默认1分钟
 
    /**
     * 获取实体类拼成的加密字段
     * @param checkSign  前端传入的签名（从请求报文头获取）
     * @param signModel  查询的DTO模型类
     * @param privateKey  签名加密私钥
     * @param timestamp  时间戳（从请求报文头获取）
     * @return  比对结果
     */
    public boolean checkSign(String checkSign , Object signModel , String privateKey,Long timestamp) throws Exception {
        Long thisTime = System.currentTimeMillis() - timestamp;
        Integer checkSignTimeOut = httpCheckSignTimeOut;
        if (!(Objects.isNull(checkSignTimeOut) || checkSignTimeOut.intValue() == 0)){
            //时间为0或者未配置签名超时时间，默认不验证时间戳
            if(thisTime >= 60*1000*checkSignTimeOut || thisTime<=0){
                //checkSignTimeOut分钟内的时间戳才处理
                log.error("时间戳异常,非"+checkSignTimeOut+"分钟内请求,当前时间戳:"+System.currentTimeMillis());
                return false;
            }
        }
        String signValue = getSignValue(signModel) + "&timestamp=" + timestamp +"&privateKey=" +privateKey;
        String sign = getSign(signValue);
        log.info("【本地加密后 sm3 签名】" + sign);//生产上建议注释此行,防止泄露
        return sign.toUpperCase().equals(checkSign.toUpperCase())? true : false;
    }
    /**
     * 加密签名
     * @param signValue  待加密签名字符串
     * @return  加密后签名字符串
     */
    public String getSign(String signValue){
        return SmUtil.sm3(signValue);
    }
    
    /**
     * 获取实体类拼成的加密字段
     * @param classA  传入参数实体类
     * @return  待加密字符串
     */
    public  String getSignValue(Object classA) {
        Field[] fs = classA.getClass().getDeclaredFields();//获取所有属性
        String[][] temp = new String[fs.length][2]; //用二维数组保存  参数名和参数值
        for (int i=0; i<fs.length;  i++) {
            fs[i].setAccessible(true);
            temp[i][0] = fs[i].getName().toLowerCase(); //获取属性名
            try {
                temp[i][1] = String.valueOf(fs[i].get(classA)) ;//把属性值放进数组
            }  catch (Exception e) {
                log.error("【签名字段："+fs[i].getName()+"添加失败】");
            }
        }
        temp = doChooseSort(temp); //对参数实体类按照字母顺序排续
        String result = "";
        for (int i = 0; i < temp.length; i++) {//按照签名规则生成待加密字符串
            result = result + temp[i][0]+"="+temp[i][1]+"&";
        }
        result = result.substring(0, result.length()-1);//消除掉最后的“&”
        log.info("【签名信息】{}" ,result);
        return result;
    }
 
    /**
     * 对二维数组里面的数据进行选择排序，按字段名按abcd顺序排列
     * @param data 未按照字母顺序排序的二维数组
     * @return
     */
    private  String[][] doChooseSort(String[][] data) {//排序方式为选择排序
        String[][] temp = new String[data.length][2];
        temp = data;
        int n = temp.length;
        for (int i = 0; i < n-1; i++) {
            int k = i;// 初始化最小值的小标
            for (int j = i+1; j<n; j++) {
                if (temp[k][0].compareTo(temp[j][0]) > 0) {    //下标k字段名大于当前字段名
                    k = j;// 修改最大值的小标
                }
            }
            // 将最小值放到排序序列末尾
            if (k > i) {  //用相加相减法交换data[i] 和 data[k]
                String tempValue ;
                tempValue = temp[k][0];
                temp[k][0] = temp[i][0];
                temp[i][0] = tempValue;
                tempValue = temp[k][1];
                temp[k][1] = temp[i][1];
                temp[i][1] = tempValue;
            }
        }
        return temp;
    }
 
}

测试代码：

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //模拟请求参数
        QueryDTO dto = new QueryDTO();
        dto.setName("张三");
        dto.setAge(18);
        dto.setIdCard("666666666666666");
        //模拟请求报文头时间戳
        Long nowTime = System.currentTimeMillis();
        //签名加密私钥（不要在互联网上传输,调用方和提供方私下物理确认和设置）
        String privateKey = "48d95af20fa1bc438db42e280085707b60841c";
 
        Sm3UtilHua sm3UtilHua = new Sm3UtilHua();
 
        System.out.println("1：请求签名错误的案例");
        //模拟请求错误的签名
        String errorSign = "2222222222222222222";
        System.out.println("验签校验结果：" + sm3UtilHua.checkSign(errorSign,dto, privateKey,nowTime));
        System.out.println();
 
        System.out.println("2：请求签名正确的案例");
        String signValue = sm3UtilHua.getSignValue(dto) + "&timestamp=" + nowTime +"&privateKey=" +privateKey;//复制上面1请求的加密后签名
        String trueSign = sm3UtilHua.getSign(signValue);
        System.out.println("验签校验结果：" + sm3UtilHua.checkSign(trueSign,dto, privateKey,nowTime));
        System.out.println();
 
        System.out.println("3：请求签名正确，但是时间非一分钟内请求的案例");
        Long oldTime = 1688036145560L;//这个时间戳大概是2023年06月29号的时间戳，所以必不是当前一分钟内时间
        System.out.println("验签校验结果：" + sm3UtilHua.checkSign(trueSign,dto, privateKey,oldTime));
 
    }

测试结果：

        下面的签名信息打印是不完整的，没有拼接时间戳和签名私钥，也是防止打印到日志然后泄露

1：请求签名错误的案例
10:42:11.506 [main] ERROR com.dw.task.utils.Sm3UtilHua - 时间戳异常,非1分钟内请求,当前时间戳:1688092931498
验签校验结果：false
 
2：请求签名正确的案例
10:42:11.522 [main] INFO com.dw.task.utils.Sm3UtilHua - 【签名信息】age=18&idcard=666666666666666&name=张三
10:42:12.358 [main] INFO com.dw.task.utils.Sm3UtilHua - 【签名信息】age=18&idcard=666666666666666&name=张三
10:42:12.359 [main] INFO com.dw.task.utils.Sm3UtilHua - 【本地加密后 sm3 签名】e60bf8ea2453f44a4a6d3b43f55399c2ce09a6f5b4be68378506d95d2d6f4491
验签校验结果：true
 
3：请求签名正确，但是时间非一分钟内请求的案例
10:42:12.359 [main] ERROR com.dw.task.utils.Sm3UtilHua - 时间戳异常,非1分钟内请求,当前时间戳:1688092932359
验签校验结果：false

引申优化：

        上面的代码已经可以防止一定程度的重复请求攻击，但是一分钟内的重复请求攻击还是无法防止的，如果别人截取请求信息后一分钟内发起大量重复请求的话，还是会通过签名并且穿透到业务层，对此呢如果要再优化，就可以把每次验证成功的签名放到redis缓存中，数据有效期是1分钟。这样每次在验签之前先查询redis缓存中是否有相同的签名，有即代表这个请求是重复请求，直接拦截

        思路就是这样，代码就不写了

感谢各位观众朋友阅读，如有不同意见，请不吝赐教