三种保证URL地址可信的加密方式

近日接到一个需求，要求一台资源服务器不仅在可以暴露在公网环境下的同时，还要保证只接受并处理可信的http访问请求。

 

需求场景如图：

为了访问资源文件，用户需要首先访问某一台Frontend Server进行用户身份认证———所有的用户信息均由Frontend Server保存，Frontend Server认证通过后返回真实的重定向地址，用户再根据重定向地址访问Resource Server获取资源文件。

具体的使用场景正如上面所述，下面是我的思考过程...

 

为了保证资源服务器收到的是一个可信的重定向地址，在安全性上有三点考虑：

 

1. 重定向地址必须是可信的，即不可以被伪造，必须是由某一台Frontend Server返回的重定向地址。
2. 为了防止盗链或资源被采集，每个Frontend Server返回的重定向地址应具有时效性。这个可以通过在链接地址上增加时间戳实现，但前提是该时间戳不可以被伪造。
3. 最后，在必要的情况下，还可以不去响应某一台Frontend Server返回的重定向地址，即认为某一台Frontend Server的重定向地址不可信、该Frontend Server不可信。这要求Resource Server能够及时标示一台Frontend Server为不可信服务器，并且该Frontend  Sever服务器还不可伪造剩余可信服务器返回的重定向地址。

 

以上三点也可以总结为：防止公网用户伪造URL地址，防止不可信Frontend Server伪造地址，防止过期URL地址访问。

由于Resource Server需要允许所有的公网用户访问，所以不能对Ip进行限制，并且一般情况下Resouce Server也不会与Frontend Server直接通信，因此只能通过URL的验证方式。Frontend Server在生成每个URL的过程中中应包括Resource Server为每一个Frontend Server分配的账户fsId、密钥fsKey以及记录当前URL生成时间的时间戳fstime。fsid必须明文传输，fsKey做为加密运算的一个常量不可以明文传输。

可以想到的有如下三种：

1.使用自定的加密函数生成加密签名字符串。
加密函数将所有需要明文传输的参数以及当前Frontend Server使用的密钥fsKey做为参数并通过MD5转换后生成加密签名字符串，md5(encode(params,fsid, fskey, fstime))。
重定向地址链接：

http://res.com/fsid=***&fstime=***&params=***&signmsg=md5(encode(params,fsid,fskey, fstime))

Resource Server收到该请求后

• 根据fstime判断该请求是否过期，过期请求直接返回。
• 根据fsid判断该Frontend Server是否可信，如可信再根据fsid获得服务器端保存的fskey。
• 使用相同的参数加密签名过程，Resource Server根据params,fsid, fskey, fstime生成签名字符串。
• 比较重定向地址传来的签名字符串signmsg与本地生成的签名字符串是否相同，相同则认为是可信请求，否则为非法请求。

2.使用对称加密算法保证HTTP通信可信。
Resource Server为每一台Frontend Server分配不同的Des密钥（fskey），Frontend Server使用对称加密算法对拼接后的传递参数进行加密des(params|fstime)
重定向地址链接：
http://res.com/fsid=***&desmsg= des(params|fstime)
Resource Server收到该请求后

• 首先根据fsid判断该Frontend Server是否可信，如可信再根据fsid获得每个Frontend Server使用的Des密钥fskey。
• 使用密钥对desmsg信息解密，解密失败直接返回。
• 根据解密后的fstime判断是否过期，过期直接返回。

3.同时使用非对称，对称加密算法保证HTTP通信可信。
Frontend Server随机生成key做为对称加密算法的公钥des(params|fskey|fstime)，并使用Resource Server提供的公钥对key进行非对称加密rsa(key)
重定向地址链接：
http://res.com/fsid=***&rsamsg=rsa(key)&desmsg= des(params|fskey|fstime)
Resource Server收到该请求后

• 首先根据fsid判断该Frontend Server是否可信，如可信再根据服务器端保存的非对称加密私钥解密rsa(key)。
• 根据key解密des(params|fskey|fstime)。
• 通过fsid获得服务器端保存的fskey，对比解密后的fskey，如果不相同则认为是Frontend Server伪造的非法请求。
• 根据fstime判断是否过期，过期直接返回。

以上三种方法第一种会暴露所有的明文传递参数，第二种貌似最方便但却有被攻破的危险，第三种有可能又会产生效率的问题。

由于没有进行过相关方面的开发，以上也是对平时了解有限的一些资料的总结，难免考虑不周。各位有更好的方法和建议吗？

 

 

第一种方法的突出问题是: 如果明文内容和md5摘要同时都被篡改的情况，你将无法判断是否可信。 因为md5的摘要算法很简单，也很容易被别人猜到到你用的是什么摘要算法。

第二种方法，因为你要使用的对称加密算法，如何传递密钥或者是事先配置好了密钥吗? 如果传递密钥的话，要保证中途不被别人截获，是很困难。

第三种方法，因为采用了RSA非对称加密，不存在第二种方法的密钥被截获的问题，因为公共密钥本来就是可以公开的。但是问题也就随之而来了。公共密钥接收方如何确保接到的公共密钥就是Resource Server发来的公共密钥，而不是别人冒充的呢？至于生成密钥的效率问题，可以把密钥生成之后，缓存，可以根据具体要求进行定期更新。至于加密方法的效率的问题，可以用非对称和对称相结合的方式来解决。

当然这些问题在有些情况下，是可以忽略的，要视情况而定。

是这样，以上三种方法都需要预先为每一台Frontend Server分配fsid和fskey。fsid是Frontend Server的标示可以在URL参数中明文传输，fskey仅做为加密算法的一个加密常数参量是不允许明文传输的。

所以第一种情况它可以伪造明文参数，但因为没有fskey所以无法伪造参数签名。

第二种情况fskey就相当于对称加密算法的密钥，是提前分配好的，每次交互的时候不会传递该密钥。

第三种情况使用rsa保护随机生成的des密钥，同时des也会对fskey进行加密处理。

最后，Resouce Server收到请求后都会根据fsid找到服务器端保存的fskey，然后再生成签名字符串比较（第一种情况），或者对加密数据进行解密后进行fskey的比较。

所以这里最关键的是fskey,一定要保证fskey不被窃取。

但对于第二种方法由于des公钥是提前分配好，并且可能是长期固定的，所以加密数据有可能被破解，知道了fskey后便可以伪造请求。

第三种同理，虽然使用了动态的des公钥，但是des加密后的数据也是可以被破解，并拿到fskey。

无论是第二种情况采用的对称加密方式，还是第三种情况采用的对称加密、非对称加密结合的方式都不能保证绝对安全。

所以最终看来我只能周期性的修改预先分配给每一台Frontend Server的fskey。

整理一下再说。
1.USER必须携带FS的签名访问RS
2.签名具有时效性。
3。RS可以否定FS。




修正一下。



USER向FS请求HTTP://FS/URL.
FS需要标识别自己以及时间，因此得到HTTP://RS/URL?fsId=''&time='',用私匙加密后得到URLS,发送给USER
USER向RS请求URLS。RS用FS的公匙解密后得到HTTP://RS/URL?fid=''&tm=''
结束

  这防不了攻击,
在传输层就先解决合法客户机和服务器的双向身份认证的问题吧,
要么用https,或建个VPN,把安全的业务分开,是不是更简洁些呢.

https协议并不能防止中间人攻击。

另外，如果想很好的解决这个问题，最好的是引入企业CA。 如果事先配置一些参数（密钥等）的方式能被接受，这样也就可以了。一般非对称的加密在没有密钥的情况，都是很难破解的，尤其是密钥长度够长的情况下。摘要算法因为会产生碰撞，所以适当的避免一下就可以了。一般的密级要求也不用考虑这种情况。

适当的需求配合适当的密级手段，有益的事情只是在“适度”的范围内才是有益的。

 如果前置服务器和后端服务器是可通讯的话，那就是个典型的单点场景了。

 

感觉跟CAS在原理上很相似。但有一个安全假设存在隐患，就是client在frontend server认证后返回重定向地址的过程是安全可靠的，这点要看实际情况。

谢谢大家的回帖，看来要保证网络通信的绝对安全也不是件易事。
参照grandboy的说法，应该选择一种适合的方案解决一定密级要求下的网络安全。所以解决方案也可以分为两种，一种是适合于金融交易系统，要求在任何情况下都能保证网络通信绝对安全的场景，但在这种情况下可能需要较高的成本投入。
另一种情况是适合于普通互联网应用环境，可以低成本投入，高效率运行，并能保证一定密级要求的次优解决方案。具体说就是：

1，理论上不保证每个时间点的绝对通信安全。
2，可以被破解,但破解行为必须付出一定程度的时间成本。破解的时间成本也可以参考一些资料估算得出。
3，在破解行为必须付出的时间成本内Frontend Server和Resource Server可通过定时任务交换最新的fskey。这个可以通过对Frontend Server和Resource Server之间的特定调用接口进行IP和口令限制保证通信安全。

也就是说破解行为所需要的时间周期远高于Frontend Server和Resource Server的fskey更新周期，这些条件达成时，感觉应该也算是在次优方案下保证了网络通信的绝对安全。

ebeach：
是有点像单点场景，不过前置服务器和后端服务器肯定不能频繁的交互，否则应用在互联网环境下对效率的开销太大。


对用户来说，需要收到一个安全的重定向地址。对Resource Server来说需要处理一个可信的访问请求。