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本文轉載自微信公眾號「三太子敖丙」，作者三太子敖丙 。轉載本文請聯系三太子敖丙公眾號。

背景

隨著業務的發展，系統架構從單體架構變為面向服務架構，水平分層架構;再變為微服務架構，

服務網格，服務與服務間的交互越來越復雜，如何優雅的設計一個接口，需要考慮哪些方面?特別是對公服務(比如BFF)需要對外提供公網域名的接口，安全性怎么保證，我整理了我工作以來一些常見的措施以及具體如何去實現：

數據有效性校驗

合法性校驗包括：常規性校驗以及業務校驗;常規性校驗：包括必填字段校驗，長度校驗，類型校驗，格式校驗等;業務校驗：根據實際業務而定，比如訂單金額不能小于0等;

冪等設計

所謂冪等，簡單地說，就是對接口的多次調用所產生的結果和調用一次是一致的。數據發生改變才需要做冪等，有些接口是天然保證冪等性的。

比如查詢接口，有些對數據的修改是一個常量，并且無其他記錄和操作，那也可以說是具有冪等性的。其他情況下，所有涉及對數據的修改、狀態的變更就都有必要防止重復性操作的發生。通過間接的實現接口的冪等性來防止重復操作所帶來的影響。

又比如我們電商比較常見的加減GMV同一個消息無論過來多少次結果都應該只加減一次，不然會導致金額錯誤甚至造成資損。

請求層面： 多次執行的結果是一致的業務層面： 同一個用戶不重復下單，商品不超賣，MQ不重復消費

冪等的本質是分布式鎖的問題，分布式鎖正常可以通過redis或zookeeper實現;

在分布式環境下，鎖定全局唯一資源，使請求串行化，實際表現為互斥鎖，防止重復，解決冪等

安全性

1. 數據加密

我們知道數據在傳輸過程中是很容易被抓包的，如果直接傳輸比如http協議傳輸，那么數據在傳輸的過程中可能被任何人獲取。

所以必須對數據進行加密，常見的做法是對敏感數據比如身份證號進行md5加密。現在主流的做法是使用https協議，在http和tcp之間添加一層數數據安全層(SSL層)，這一層負責數據的加密和解密。https如何配置和使用，大家翻閱我歷史文章自行去研究。

對稱加密: 密鑰在加密過程中和解密過程中是不變的，常見的算法有DES,AES;優點是加解密計算速度快;缺點是數據傳送前，服務雙方必須約定好密鑰，如果一方密鑰泄露，加密信息也就不安全了。

非對稱加密: 密鑰成對出現，一個密鑰加密之后，由另外一個密鑰來解密;私鑰放在服務端文件中，公鑰可以發布給任何人使用;優點是比對稱加密更安全，但是加解密的速度比對稱加密慢多了，廣泛使用的是RSA算法;

https的實現正好是結合了兩種加密方式，整合了雙方的優點，在安全性和性能方面都比較好。對稱加密和非對稱加密的代碼實現，jdk提供了相關的工具類可以直接使用，本文不過多介紹。

2. 數據簽名

介紹3種數據簽名安全策略：摘要[KEY] , 簽名[證書] , 簽名+加密[證書]

安全策略	描述	安全級別
摘要[Key]	將數據和Key(自定義契約密碼)組合后進行摘要	安全級別低，契約密鑰安全性非常低。在契約密鑰安全情況下能基本保障數據的不可篡改性。
簽名[證書]	使用證書和非對稱簽名算法對數據進行簽名	安全級別中，能夠保障數據的不可篡改性和不可抵賴性，但是不能保障數據的私密性
簽名-加密[證書]	使用證書和非對稱算法對數據簽名，使用一次一密的密鑰和對稱算法對數據進行加密	安全級別高，能夠保障數據的不可篡改性和不可抵賴性，而且能保障數據的私密性。

• 機密性(Confidentiality): 未經許可不許看
• 完整性(Integrity) : 不許篡改
• 可用性(Availability) : 防止不可用
• 不可抵賴性(Non-Repudiation): 用戶不能否認其行為

摘要[KEY]過程：將需要提交的數據通過某種方式組合成一個字符串，然后通過md5生成一段加密字符串，這段字符串就是數據包的簽名，比如：

str：參數1={參數1}&參數2={參數2}&……&參數n={參數n}$key={用戶密鑰}; 
MD5.encrypt(str); 

摘要[KEY]原理：Hash算法不可逆，并且計算結果具有唯一性，在key 的隱私得到保證的情況下，可以保證完整性摘要[KEY]缺陷：key的隱私性很難保證，明文傳輸

簽名[證書]過程：客戶端對明文做一個md5/SHA計算，對計算后的值通過私鑰加密得到密文，客戶端將明文和密文發送給服務端，服務端對密文通過公鑰解密得到值A，同時服務端對明文做一個md5/SHA計算得到值B，比較值A與值B，相同得驗證通過，能夠保障不可篡性和不可抵賴性，但是不能保障數據的私密性(明文傳輸)

簽名+加密[證書]過程：客戶端生成一個隨機字符串，作為password，然后把這個password通過B公鑰加密生成密文C，把A明文通過password加密生成密文B， 同時把A明文做MD5/SHA計算后的值通過A私鑰加密得到簽名D， 把密文B和密文C和簽名D發給服務端，服務端通過私鑰解密文C得到password，然后通過password解密文B就可以得到A明文，同時簽名可以用來驗證發送者是不是A，以及A發送的數據有沒有被第三方修改過。

可以假設存在一個惡意的一方X，冒充了A，發送了密文B(password生成)，密文C服務端收到數據后，仍然可以正常解密得到明文，但是卻無法證明這個明文數據是A發送的還是惡意用戶B發送的。簽名D的含義就是A自己簽名，服務端可以驗證。X由于沒有A的私鑰，這個簽名它無法冒充，會被服務端識別出來。

加密-簽名

3. 時間戳機制

數據經過了加密處理，酒店抓取到了數據也看不到真實數據;但是有不法者不關心真實數據，拿到數據后直接進行惡意請求，這個時候簡單的做法可以考慮時間戳機制，在每次請求中加入當前時間，服務端會將報文中的時間與系統當前時間做比對，看是否在一個固定的時間范圍內比如5分鐘，惡意偽造的數據是沒法更改報文中時間的，超過5分鐘就可以當作非法請求了。

偽代碼如下：

long interval=5*60*1000；//超時時間 
long clientTime=request.getparameter("clientTime"); 
long serverTime=System.currentTimeMillis(); 
if(serverTime-clientTime>interval){ 
    return new Response("超過處理時長") 
} 

4. AppId機制

大部分網站需要用戶名和密碼才能登陸，這其實是一種安全機制;對應的服務也可以使用這一機制，不是誰都可以調用，調用服務前必須先申請開通一個唯一的appid，提供相關的密鑰，在調用接口時需要提供appid+密鑰信息，服務端會進行驗證。

appid使用字母，數字，特殊符號等隨機生成，生成的唯一appid看系統實際要求是否需要全局唯一;不管是否全局唯一最好有以下屬性：

趨勢遞增: 這樣在保存數據庫的時候，索引的性能更好

信息安全: 隨機生成，不要是連續的，容易被發現規律

關于全局唯一Id生成的方式常見的有snowflake方式等

snowflake

Xnip2020-11-04_19-31-00

以上示意圖描述了一個序列號的二進制組成結構。

第一位不用，恒為0，即表示正整數;接下來的41位表示時間戳，精確到毫秒。為了節約空間，可以將此時間戳定義為距離某個時間點所經歷的毫秒數(Java默認是1970-01-01 00:00:00)。

再后來的10位用來標識工作機器，如果出現了跨IDC的情況，可以將這10位一分為二，一部分用于標識IDC，一部分用于標識服務器;最后12位是序列號，自增長。

snowflake的核心思想是64bit的合理分配，但不必要嚴格按照上圖所示的分法。如果在機器較少的情況下，可以適當縮短機器id的長度，留出來給序列號。

5. 黑名單機制

如果此appid進行過很多非法操作，或者說專門有一個中黑系統，經過分析之后直接將此appid列入黑名單，所有請求直接返回錯誤碼;

我們可以給每個appid設置一個狀態比如包括：初始化狀態，正常狀態，中黑狀態，關閉狀態等等;或者我們直接通過分布式配置中心，直接保存黑名單列表，每次檢查是否在列表中即可;

限流機制

常用的限流算法包括：令牌桶限流，漏桶限流，計數器限流;

• 令牌桶限流令牌桶算法的原理是系統以一定速率向桶中放入令牌，填滿了就丟棄令牌;請求來時會先從桶中取出令牌，如果能取到令牌，則可以繼續完成請求，否則等待或者拒絕服務;令牌桶允許一定程度突發流量，只要有令牌就可以處理，支持一次拿多個令牌;
• 漏桶限流漏桶算法的原理是按照固定常量速率流出請求，流入請求速率任意，當請求數超過桶的容量時，新的請求等待或者拒絕服務;可以看出漏桶算法可以強制限制數據的傳輸速度;
• 計數器限流計數器是一種比較簡單粗暴的算法，主要用來限制總并發數，比如數據庫連接池、線程池、秒殺的并發數;計數器限流只要一定時間內的總請求數超過設定的閥值則進行限流;

具體基于以上算法如何實現，Guava提供了RateLimiter工具類基于基于令牌桶算法：

RateLimiter rateLimiter = RateLimiter.create(5); 

以上代碼表示一秒鐘只允許處理五個并發請求，以上方式只能用在單應用的請求限流，不能進行全局限流;這個時候就需要分布式限流，可以基于redis+lua來實現;

總結

其實接口不管是設計還是開發，如果不是特別急的需求大家都可以多一點思考，這樣你的系統才會更穩定，上線和測試過程中bug更少，而且從個人提升角度來說，多思考總是一件好事。

很多時候大家都在抱怨：哎呀我公司小，我學校差這種環境得不到成長。傻瓜，很多時候高手也是這樣走過來的，不過一樣的事情每個人的態度不一樣，時間久了結果也就不一樣了。

好啦，現在大家應該都上班了，我熬夜值班還在大促現場(文章周末寫的，現在就寫個總結)，我是敖丙，你知道的越多，你不知道的越多，我們下期見。