面試官：設(shè)計一個安全的登錄都要考慮哪些？我一臉懵逼。。

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0、2T架構(gòu)師學(xué)習(xí)資料干貨分享

作者：letcafe
來源：www.cnblogs.com/letcafe/p/loginSecurity.html

大家有沒有被問過？反正我有一次是被問的一臉懵逼。。

1. 一個簡單的HTML例子看看用戶信息安全

標(biāo)準(zhǔn)的HTML語法中，支持在form表單中使用 <input></input> 標(biāo)簽來創(chuàng)建一個HTTP提交的屬性，現(xiàn)代的WEB登錄中。

常見的是下面這樣的表單：

<form action = "http://localhost:8080/Application/login" method = "POST">
    用戶名：<input id="username" name="username" type="text" />
    密碼：<input id="password" name="password" type="password" />
    <button type="submit">登陸</button>
</form>

form表單會在提交請求時,會獲取form中input標(biāo)簽存在name的屬性，作為HTTP請求的body中的參數(shù)傳遞給后臺，進行登錄校驗。

例如我的賬號是user1，密碼是123456，那么我在提交登錄的時候會給后臺發(fā)送的HTTP請求如下（Chrome或者FireFox開發(fā)者工具捕獲，需開啟Preserve log）：

可以發(fā)現(xiàn)即便password字段是黑點，但是本機仍以明文的形式截獲請求。

2. HTTP協(xié)議傳輸直接暴露用戶密碼字段

在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，被嗅探到的話會直接危及用戶信息安全，以Fiddler或Wireshark為例，發(fā)現(xiàn)捕獲的HTTP報文中包含敏感信息：

3. 使用加密算法能保證密碼安全嗎？

WEB前端可以通過某種算法，對密碼字段進行加密后，在將密碼作為Http請求的內(nèi)容進行提交，常見的包括對稱和非對稱加密。

對稱加密:采用對稱密碼編碼技術(shù)，它的特點是文件加密和解密使用相同的密鑰加密。另外，加密算法系列面試題和答案全部整理好了，微信搜索互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)師，在后臺發(fā)送：2T，可以在線閱讀。

非對稱加密:需要兩個密鑰，公開密鑰（publickey）和私有密鑰（privatekey）。公開密鑰與私有密鑰是一對，如果用公開密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，只有用對應(yīng)的私有密鑰才能解密；如果用私有密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，那么只有用對應(yīng)的公開密鑰才能解密。

3.1 使用對稱加密

加密解密在前后臺協(xié)商后，似乎是個不錯的辦法，比如，前臺使用一個字符串位移+字符串反轉(zhuǎn)的簡單方法（舉個例子，當(dāng)然不能這么簡單）。那么，如果原密碼123456先移位：

123456-->456123

再進行反轉(zhuǎn)：

456123-->321654

那么這樣簡單的方法似乎可以混淆原密碼，并且輕松由后臺進行相反操作復(fù)原。但是這有兩個缺點：

1. 前后端加密解密需要同時修改代碼；
2. 前端加密無非是寫在JS里，但是JS有風(fēng)險被直接破解從而識別加密方法。

3.2 非對稱加密HTTPS就一定是安全的嗎？

非對稱加密有著公鑰私鑰的存在，公鑰可以隨意獲取，私鑰是用來對公鑰解密的本地存儲，通過公私鑰的機制似乎可以保證傳輸加密并且乃至現(xiàn)在還在使用的HTTPS就是基于這個原理。但是HTTPS就一定安全嗎？HTTP存在兩種可能的風(fēng)險：

1. HTTPS可以保證傳輸過程中的信息不被別人截獲，但是細(xì)細(xì)思考下，HTTPS是應(yīng)用層協(xié)議，下層采用SSL保證信息安全，但是在客戶端和服務(wù)端，密文同樣是可以被截獲的；
2. HTTPS報文在傳輸過程中，如果客戶端被惡意引導(dǎo)安裝“中間人”的WEB信任證書，那么HTTPS中的“中間人攻擊”一樣會將明文密碼泄露給別人。

4. 結(jié)論是，無論HTTP還是HTTPS，密碼必須密文傳輸

想想HTTPS也不能一定保障用戶密碼信息，那么就應(yīng)該考慮在應(yīng)用層之上再繼續(xù)對密碼進行保護，也就是編寫代碼來進行控制，而不依賴特定協(xié)議，比較容易想到的就是利用不可逆加密散列函數(shù)MD5(string)，用戶在注冊輸入密碼的時候，就存儲MD5(password)值，并且在WEB端先進行MD5(password)，然后將密碼傳輸至后臺，與數(shù)據(jù)庫中的密文進行比較（PS：MD5函數(shù)在指定位數(shù)的情況下，對相同字符串運算值相同）。優(yōu)點比較明顯：

1. 保證了用戶數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的密碼信息安全；
2. 傳輸過程中無論如何都不會使得用戶的密文被破解出原密碼；
3. 簡單高效，執(zhí)行以及編碼難度都不大，各種語言都提供MD5支持，開發(fā)快。

5. 那太好了！這樣可以省下HTTPS的錢了，真是這樣嗎？

回到開頭的例子：用戶輸入的用戶名是：user1，密碼是：123456，那么不管在什么協(xié)議之下，可以看到實際發(fā)送的HTTP/HTTPS報文在MD5處理后是這樣的:

沒錯，加密登錄成功了。但是，當(dāng)我們慶祝密碼安全的時候，發(fā)現(xiàn)賬戶的錢突然不翼而飛。

這是為什么呢？黑客卻笑的很開心：因為他們并不一定要獲取到你的密碼明文，如果直接截獲你的密碼密文，然后發(fā)送給服務(wù)器不是一樣可以登錄嗎？因為數(shù)據(jù)庫里的不也是MD5(password)的一樣的密文嗎？HTTP請求被偽造，一樣可以登錄成功，從而攫取其他的數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)走余額。

這怎么辦?其實并不難，有很多種解決方法？其實原理都是類似的：那就是服務(wù)器緩存生成隨機的驗證字段，并發(fā)送給客戶端，當(dāng)客戶端登錄時，把這個一并字段傳給服務(wù)器，用于校驗。

5.1 方案一：驗證碼

MVC場景。控制器將把數(shù)據(jù)的Model封裝到View中，這種存在Session的連接方式，允許了在Session中存取信息。那么我們可以利用一些開源的驗證碼生成工具，例如JAVA中的Kaptcha，在服務(wù)端存放生成一個驗證碼值以及一個驗證碼的生成圖片，將圖片以Base64編碼，并返回給View，在View中解碼Base64并加載圖片，并于用戶下次登錄時再進行比對。

5.2 方案二：token令牌

前后端分離場景。現(xiàn)在非常流行的前后端分離的開發(fā)模式大大提高了項目的開發(fā)效率。職責(zé)、分工明確，但是由于HTTP是無狀態(tài)的（就是這一次請求并不知道上一次請求的內(nèi)容），當(dāng)用戶登錄時，根據(jù)用戶的username作為key，生成隨機令牌（例如UUID）作為value緩存在Redis中，并且將token返回給客戶端，當(dāng)客戶端登錄時，將完成校驗，并且刪除Redis中的那條緩存記錄。

那么每次從服務(wù)器中獲取認(rèn)證的token，確實能保證HTTP請求是由前端傳回來的了，因為token在每次登陸后都會刪除并被重置，會導(dǎo)致黑客嘗試重放賬號密碼數(shù)據(jù)信息來登陸的時候?qū)е聼o法成功登陸。

總而言之，就是我拿到了賬號以及密碼的密文也登陸不了，因為，如果請求不包含后臺認(rèn)證的令牌token，是個非法請求。

6. 太不容易了！可是還別高興的太早，當(dāng)心數(shù)據(jù)被篡改

密碼也加密了，黑客看不到明文了。加上Token了，登陸過程也沒法再被截獲重放了。可是想想這種情況，你在進行某寶上的網(wǎng)絡(luò)支付，需要賬號，密碼，金額，token這四個字段進行操作，然后支付的時候你付了1塊錢買了一袋包郵的小浣熊干脆面，某寶結(jié)算結(jié)束后，你發(fā)現(xiàn)你的賬戶余額被扣了1萬元。這又是怎么回事呢？

因為即便黑客不登錄，不操作，一樣要搞破壞：當(dāng)請求路由到黑客這邊的時候，截獲數(shù)據(jù)包，然后也不需要登錄，反正賬號密碼都是對的，token也是對的，那么把數(shù)據(jù)包的字段改改，搞破壞就可以了，于是把money改成了1萬，再傳給服務(wù)器，作為受害者就莫名其妙踩了這個坑。可這該怎么解決呢？其實原理類似于HTTPS里的數(shù)字簽名機制，首先科普下什么是數(shù)字摘要以及數(shù)字簽名：

6.1 什么是“數(shù)字摘要”

我們在下載文件的時候經(jīng)常會看到有的下載站點也提供下載文件的“數(shù)字摘要“，供下載者驗證下載后的文件是否完整，或者說是否和服務(wù)器上的文件”一模一樣“。

其實，數(shù)字摘要就是采用單項Hash函數(shù)將需要加密的明文“摘要”成一串固定長度（128位）的密文，這一串密文又稱為數(shù)字指紋，它有固定的長度，而且不同的明文摘要成密文，其結(jié)果總是不同的，而同樣的內(nèi)容信息其摘要必定一致。

因此，“數(shù)字摘要“叫”數(shù)字指紋“可能會更貼切一些。“數(shù)字摘要“是HTTPS能確保數(shù)據(jù)完整性和防篡改的根本原因。

6.2 數(shù)字簽名--水到渠成的技術(shù)

假如發(fā)送方想把一份報文發(fā)送給接收方，在發(fā)送報文前，發(fā)送方用一個哈希函數(shù)從報文文本中生成報文摘要,然后用自己的私人密鑰對這個摘要進行加密，這個加密后的摘要將作為報文的”簽名“和報文一起發(fā)送給接收方。

接收方首先用與發(fā)送方一樣的哈希函數(shù)從接收到的原始報文中計算出報文摘要，接著再用發(fā)送方的公用密鑰來對報文附加的數(shù)字簽名進行解密，如果這兩個摘要相同、那么接收方就能確認(rèn)報文是從發(fā)送方發(fā)送且沒有被遺漏和修改過！

這就是結(jié)合“非對稱密鑰加解密”和“數(shù)字摘要“技術(shù)所能做的事情，這也就是人們所說的“數(shù)字簽名”技術(shù)。在這個過程中，對傳送數(shù)據(jù)生成摘要并使用私鑰進行加密地過程就是生成”數(shù)字簽名“的過程，經(jīng)過加密的數(shù)字摘要，就是”數(shù)字簽名“。

因此，我們可以在WEB端對之前案例中提到的username+MD5(password)+token通過簽名，得到一個字段checkCode，并將checkCode發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)用戶發(fā)送的checkCode以及自身對原始數(shù)據(jù)簽名進行運算比對，從而確認(rèn)數(shù)據(jù)是否中途被篡改，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。

7. 總結(jié)

看似非常簡單的WEB登錄，其實里面也存在著非常多的安全隱患。這些安全完善的過程是在一個實際WEB項目中遇到的，上面的分析演化是在應(yīng)對項目安全的檢查中所提出的解決方案，多少會有很多不足的地方，希望一起交流探討，共同進步！

補充1：JS加密函數(shù)存在被破解

感謝園友mysgk指出完整性檢驗中關(guān)于JS加密函數(shù)存在被破解的問題：

問題描述：

如果黑客通過閱讀前端js源碼,發(fā)現(xiàn)加密算法,是否意味他可以構(gòu)造可以 被服務(wù)端解密的checkCode 來欺騙服務(wù)端呢 ?

我想了下，應(yīng)該也是很多網(wǎng)站也在采取的策略：

摘要或加密JS算法不直接以靜態(tài)文件的形式存在瀏覽器中，而是讓W(xué)EB端去請求Server，服務(wù)器可以根據(jù)隨機令牌token值決定返回一個相應(yīng)隨機的加密策略，以JS代碼響應(yīng)的方式返回，在異步請求響應(yīng)中，加載JS摘要算法，這樣客戶端就可以動態(tài)加載數(shù)字摘要策略，保證無法仿造。

補充2：MD5存在隱患的問題

感謝園友EtherDream提出MD5已經(jīng)過時，并且存在不安全的問題：

問題描述：

用MD5、SHA256 處理密碼的過時了。。。現(xiàn)在 PBKDF、bcrypt 都在過時中。

1. 本文重點側(cè)重于方法思路的介紹，并不一定是要使用MD5函數(shù)，可以使用其他的方式。
2. MD5存在隱患，之前確實沒有考慮太多，不過非常感謝園友指出，確實是這樣的，主要思想是：

對于MD5的破解，實際上都屬于【碰撞】。比如原文A通過MD5可以生成摘要M，我們并不需要把M還原成A，只需要找到原文B，生成同樣的摘要M即可。設(shè)MD5的哈希函數(shù)是MD5()，那么：MD5(A) = M MD5(B) = M 任意一個B即為破解結(jié)果。B有可能等于A，也可能不等于A。

大概意思也就是，截獲了MD5加密后的密文，一樣可以，找到一個不是原密碼，但是加密后可以登陸成功的“偽原文”。

從中可以看到一點，MD5函數(shù)確實能被反向“破解”，但是這個“破解”只是找到一個經(jīng)過MD5運算后得到相同結(jié)果的原文，并非是用戶的明文密碼。但是這樣會被破解登錄的可能，確實是需要采用更完善的算法進行加密，再次感謝！

看完這篇文章，你有什么收獲？歡迎在留言區(qū)與10w+Java開發(fā)者一起討論~

最后，關(guān)注公眾號互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)師，在后臺回復(fù)：2T，可以獲取我整理和創(chuàng)作的 Java 系列教程非常齊全。

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