hmac hmac.new

我們有HTTPS，還需要什么？

當您談論基于REST的API的安全性時，人們通常會指向HTTPS。 借助HTTPS，您可以使用每個人都熟悉的方法輕松保護您的服務免遭窺視。 但是，當您需要更高級別的安全性或HTTPS不可用時，您需要替代方法。 例如，您可能需要跟蹤每個客戶對API的使用，或者需要確切地知道誰在進行所有這些調用。 您可以將HTTPS與客戶端身份驗證一起使用，但這將需要設置完整的PKI基礎結構以及一種安全的方式來標識您的客戶并交換私鑰。 與基于SOAP的WS-Security服務相比，我們沒有可用于REST的標準。

解決此問題的一種常見方法（Microsoft，Amazon，Google和Yahoo采用這種方法）是通過基于客戶端和服務之間的共享機密對消息進行簽名。 請注意，使用這種方法，我們僅對數據進行簽名，而不對數據進行加密。 在這種情況下，我們所討論的簽名通常稱為基于哈希的消息認證代碼（簡稱HMAC）。 使用HMAC，我們基于已交換的密鑰為請求創建消息認證代碼（MAC）。

在本文中，我將向您展示如何為基于Play 2.0的REST服務實現此算法。 如果您使用其他技術，則步驟將幾乎相同。

HMAC方案

對于客戶端，我將僅使用基于HTTPClient的簡單應用程序。 要實現這一點，我們必須采取以下步驟：

首先，我們需要與外部客戶端交換共享機密。 通常，這是由API提供程序使用電子郵件發送給客戶端的，或者提供程序具有您可以在其中查找共享密鑰的網站。 請注意，此機密僅在您和服務之間共享，每個客戶端將具有不同的共享機密。 這不是像公用密鑰那樣共享的東西，

為了確保客戶端和服務在相同的內容上計算簽名，我們需要對要簽名的請求進行規范化。 如果我們不這樣做，則服務器可能會以與客戶端不同的方式解釋空格，并得出簽名無效的結論。

基于此規范化消息，客戶端使用共享機密創建HMAC值。

現在，客戶端已準備好將請求發送到服務。 他將HMAC值添加到標頭中，還將一些內容標識為用戶。 例如，用戶名或其他公共值。

當服務接收到請求時，它將從標頭中提取用戶名和HMAC值。

根據用戶名，服務知道應該使用哪個共享密鑰對消息進行簽名。 例如，該服務將從某處的數據存儲中檢索此信息。

現在，服務以與客戶端相同的方式對請求進行規范化，并為其自身計算HMAC值。

如果來自客戶端的HMAC與從服務器計算出的HMAC相匹配，則您將知道消息的完整性得到保證，并且客戶端就是他所說的身份。 如果提供了錯誤的用戶名，或者使用了錯誤的機密來計算標題，則HMAC值將不匹配。

要實現HMAC，我們需要做什么？ 在以下部分中，我們將研究以下主題。

• 確定用于輸入的字段。
• 創建可以計算此HMAC的客戶端代碼并添加相應的標頭
• 創建基于Play 2.0的攔截器來檢查HMAC標頭

確定輸入字段

我們要做的第一件事是確定HMAC計算的輸入。 下表描述了我們將包括的元素：

領域 描述

HTTP方法	使用REST，我們執行的HTTP方法定義了服務器端的行為。 對特定URL的刪除與對該URL的GET處理不同。
內容MD5	這個HTTP標頭是標準的HTTP標頭。 這是請求正文的MD5哈希。 如果我們將此標頭包含在HMAC代碼生成中，則會得到一個HMAC值，該值會隨著請求正文的更改而更改。
Content-Type標頭	Content-Type頭是進行REST調用時的重要頭。 服務器可以根據媒體類型對請求做出不同的響應，因此應將其包含在HMAC中。
日期標題	我們還包括創建請求以計算HMAC的日期。 在服務器端，我們可以確保日期在傳輸中沒有更改。 除此之外，我們可以在服務器上添加消息過期功能。
路徑	由于URI標識REST中的資源，因此調用的URL的路徑部分也用于HMAC計算。

我們將包括的幾乎是來自請求的以下信息：

PUT /example/resource/1 Content-Md5: uf+Fg2jkrCZgzDcznsdwLg== Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Date: Tue, 26 Apr 2011 19:59:03 CEST

可用于創建HMAC簽名的客戶端代碼

在下面，您可以看到客戶端代碼，我們將用它們調用受HMAC保護的服務。 這只是一個基于HTTPClient的快速客戶端，我們可以使用它來測試我們的服務。

public class HMACClient {private final static String DATE_FORMAT = "EEE, d MMM yyyy HH:mm:ss z";private final static String HMAC_SHA1_ALGORITHM = "HmacSHA1";private final static String SECRET = "secretsecret";private final static String USERNAME = "jos";private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(HMACClient.class);public static void main(String[] args) throws HttpException, IOException, NoSuchAlgorithmException {HMACClient client = new HMACClient();client.makeHTTPCallUsingHMAC(USERNAME);}public void makeHTTPCallUsingHMAC(String username) throws HttpException, IOException, NoSuchAlgorithmException {String contentToEncode = "{\"comment\" : {\"message\":\"blaat\" , \"from\":\"blaat\" , \"commentFor\":123}}";String contentType = "application/vnd.geo.comment+json";//String contentType = "text/plain";String currentDate = new SimpleDateFormat(DATE_FORMAT).format(new Date());HttpPost post = new HttpPost("http://localhost:9000/resources/rest/geo/comment");StringEntity data = new StringEntity(contentToEncode,contentType,"UTF-8");post.setEntity(data);String verb = post.getMethod();String contentMd5 = calculateMD5(contentToEncode);String toSign = verb + "\n" + contentMd5 + "\n"+ data.getContentType().getValue() + "\n" + currentDate + "\n"+ post.getURI().getPath();String hmac = calculateHMAC(SECRET, toSign);post.addHeader("hmac", username + ":" + hmac);post.addHeader("Date", currentDate);post.addHeader("Content-Md5", contentMd5);HttpClient client = new DefaultHttpClient();HttpResponse response = client.execute(post);System.out.println("client response:" + response.getStatusLine().getStatusCode());}private String calculateHMAC(String secret, String data) {try {SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(secret.getBytes(), HMAC_SHA1_ALGORITHM);Mac mac = Mac.getInstance(HMAC_SHA1_ALGORITHM);mac.init(signingKey);byte[] rawHmac = mac.doFinal(data.getBytes());String result = new String(Base64.encodeBase64(rawHmac));return result;} catch (GeneralSecurityException e) {LOG.warn("Unexpected error while creating hash: " + e.getMessage(), e);throw new IllegalArgumentException();}}private String calculateMD5(String contentToEncode) throws NoSuchAlgorithmException {MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");digest.update(contentToEncode.getBytes());String result = new String(Base64.encodeBase64(digest.digest()));return result;} }

然后使用HMAC算法基于共享機密創建簽名。

private String calculateHMAC(String secret, String data) {try {SecretKeySpec signingKey = new SecretKeySpec(secret.getBytes(), HMAC_SHA1_ALGORITHM);Mac mac = Mac.getInstance(HMAC_SHA1_ALGORITHM);mac.init(signingKey);byte[] rawHmac = mac.doFinal(data.getBytes());String result = new String(Base64.encodeBase64(rawHmac));return result;} catch (GeneralSecurityException e) {LOG.warn("Unexpected error while creating hash: " + e.getMessage(), e);throw new IllegalArgumentException();}}

計算完HMAC值后，我們需要將其發送到服務器。 為此，我們提供了一個自定義標頭：

post.addHeader("hmac", username + ":" + hmac);

如您所見，我們還添加了用戶名。 服務器需要使用它來確定在服務器端使用哪個密鑰來計算HMAC值。 現在，當我們運行此代碼時，將執行一個簡單的POST操作，將以下請求發送到服務器：

POST /resources/rest/geo/comment HTTP/1.1[\r][\n] hmac: jos:+9tn0CLfxXFbzPmbYwq/KYuUSUI=[\r][\n] Date: Mon, 26 Mar 2012 21:34:33 CEST[\r][\n] Content-Md5: r52FDQv6V2GHN4neZBvXLQ==[\r][\n] Content-Length: 69[\r][\n] Content-Type: application/vnd.geo.comment+json; charset=UTF-8[\r][\n] Host: localhost:9000[\r][\n] Connection: Keep-Alive[\r][\n] User-Agent: Apache-HttpClient/4.1.3 (java 1.5)[\r][\n] [\r][\n] {"comment" : {"message":"blaat" , "from":"blaat" , "commentFor":123}}

在Scala中實現/播放

到目前為止，我們已經看到客戶需要做什么才能為我們提供正確的標題。 服務提供商通常會提供多種語言的特定庫，用于處理消息簽名的詳細信息。 但是，正如您所看到的，手工操作并不困難。 現在，讓我們看一下服務器端，在這里我們將scala與Play 2.0框架一起使用，以檢查提供的標頭是否包含正確的信息。 有關設置正確的Scala環境以測試此代碼的更多信息，請參閱我以前在scala上的文章（ http://www.smartjava.org/content/play-20-akka-rest-json-and-dependencies ）。

首先要做的是設置正確的路由以支持此POST操作。 我們在conf / routes文件中執行此操作

POST /resources/rest/geo/comment controllers.Application.addComment

這是基本的Play功能。 對/ resource / rest / geo / comment URL的所有POST調用都將傳遞到指定的控制器。 讓我們看一下該操作的樣子：

def addComment() = Authenticated {(user, request) => {// convert the supplied json to a comment objectval comment = Json.parse(request.body.asInstanceOf[String]).as[Comment]// pass the comment object to a service for processingcommentService.storeComment(comment)println(Json.toJson(comment))Status(201)}}

現在，它變得更加復雜了。 如您在上面的清單中所見，我們定義了一個addComment操作。 但是，與其像這樣直接定義一個Action：

def processGetAllRequest() = Action {val result = service.processGetAllRequest;Ok(result).as("application/json");}

我們可以這樣定義它：

def addComment() = Authenticated {(user, request) => {

我們在這里要做的是創建一個復合動作http://www.playframework.org/documentation/2.0/ScalaActionsComposition ）。 因為Scala是一種功能語言，所以我們可以輕松地做到這一點。 您在此處看到的“已認證”引用只是對簡單函數的簡單引用，該函數以另一個函數作為參數。 在“已驗證”功能中，我們將檢查HMAC簽名。 您可以將其讀為使用批注，但現在無需任何特殊構造。 因此，我們的HMAC檢查是什么樣的。

import play.api.mvc.Action import play.api.Logger import play.api.mvc.RequestHeader import play.api.mvc.Request import play.api.mvc.AnyContent import play.api.mvc.Result import controllers.Application._ import java.security.MessageDigest import javax.crypto.spec.SecretKeySpec import javax.crypto.Mac import org.apache.commons.codec.binary.Base64 import play.api.mvc.RawBuffer import play.api.mvc.Codec/*** Obejct contains security actions that can be applied to a specific action called from* a controller.*/ object SecurityActions {val HMAC_HEADER = "hmac"val CONTENT_TYPE_HEADER = "content-type"val DATE_HEADER = "Date"val MD5 = "MD5"val HMACSHA1 = "HmacSHA1"/*** Function authenticated is defined as a function that takes as parameter* a function. This function takes as argumens a user and a request. The authenticated* function itself, returns a result.** This Authenticated function will extract information from the request and calculate* an HMAC value.***/def Authenticated(f: (User, Request[Any]) => Result) = {// we parse this as tolerant text, since our content type// is application/vnd.geo.comment+json, which isn't picked// up by the default body parsers. Alternative would be// to parse the RawBuffer manuallyAction(parse.tolerantText) {request =>{// get the header we're working withval sendHmac = request.headers.get(HMAC_HEADER);// Check whether we've recevied an hmac headersendHmac match {// if we've got a value that looks like our header case Some(x) if x.contains(":") && x.split(":").length == 2 => {// first part is username, second part is hashval headerParts = x.split(":");val userInfo = User.find(headerParts(0))// Retrieve all the headers we're going to use, we parse the complete // content-type header, since our client also does thisval input = List(request.method,calculateMD5(request.body),request.headers.get(CONTENT_TYPE_HEADER),request.headers.get(DATE_HEADER),request.path)// create the string that we'll have to signval toSign = input.map(a => {a match {case None => ""case a: Option[Any] => a.asInstanceOf[Option[Any]].getcase _ => a}}).mkString("\n")// use the input to calculate the hmacval calculatedHMAC = calculateHMAC(userInfo.secret, toSign)// if the supplied value and the received values are equal// return the response from the delegate action, else return// unauthorizedif (calculatedHMAC == headerParts(1)) {f(userinfo, request)} else {Unauthorized}}// All the other possibilities return to 401 case _ => Unauthorized}}}}/*** Calculate the MD5 hash for the specified content*/private def calculateMD5(content: String): String = {val digest = MessageDigest.getInstance(MD5)digest.update(content.getBytes())new String(Base64.encodeBase64(digest.digest()))}/*** Calculate the HMAC for the specified data and the supplied secret*/private def calculateHMAC(secret: String, toEncode: String): String = {val signingKey = new SecretKeySpec(secret.getBytes(), HMACSHA1)val mac = Mac.getInstance(HMACSHA1)mac.init(signingKey)val rawHmac = mac.doFinal(toEncode.getBytes())new String(Base64.encodeBase64(rawHmac))} }

那是很多代碼，但是其中大多數將很容易理解。 “ calculateHMAC”和“ calculateMD5”方法只是圍繞Java功能的基本scala包裝器。 該類內的文檔應該足以了解正在發生的事情。 但是，我確實想在這段代碼中突出幾個有趣的概念。 首先是方法簽名：

def Authenticated(f: (User, Request[Any]) => Result) = {

這意味著Authenticated方法本身將另一個方法（或函數，如果要調用該方法）作為參數。 如果回頭看我們的路線目標，您會發現我們只是這樣做：

def addComment() = Authenticated {(user, request) => ...

現在，當調用此“已認證”方法時會發生什么？ 我們要做的第一件事是檢查HMAC標頭是否存在并且格式正確：

val sendHmac = request.headers.get(HMAC_HEADER);sendHmac match {// if we've got a value that looks like our header case Some(x) if x.contains(":") && x.split(":").length == 2 => {...}// All the other possibilities return to 401 case _ => Unauthorized

我們通過對HMAC標頭使用匹配來實現。 如果它包含正確格式的值，我們將以與客戶相同的方式處理標頭并計算HMAC值。 如果不是，則返回401。如果HMAC值正確，則使用以下代碼將其委托給提供的函數：

if (calculatedHMAC == headerParts(1)) {f(userInfo, request)} else {Unauthorized}

就是這樣。 使用此代碼，您可以輕松地使用HMAC來檢查郵件在傳輸過程中是否已更改，以及您的客戶是否真正為您所知。 如您所見，非常簡單。 只是Play 2.0中有關JSON使用的一小部分便條。 如果您查看操作代碼，可以看到我使用標準的JSON功能：

def addComment() = Authenticated {(user, request) => {// convert the supplied json to a comment objectval comment = Json.parse(request.body.asInstanceOf[String]).as[Comment]// pass the comment object to a service for processingcommentService.storeComment(comment)println(Json.toJson(comment))Status(201)}}

首先，我們使用'json.parse'將接收到的JSON解析為'comment'類，然后存儲注釋，并將命令對象轉換回字符串值。 不是最有用的代碼，但它很好地演示了Play 2.0提供的一些JSON功能。 為了從JSON轉換為對象并再次返回，使用了一種稱為“隱式轉換”的方法。 我不會在細節上過多介紹，但是可以在這里找到很好的解釋： http : //www.codecommit.com/blog/ruby/implicit-conversions-more-powerful-t… 。 這里發生的是JSON.parse和Json.toJson方法在Comment類上尋找特定的方法。 如果找不到它，它將在其范圍內查找特定的操作。 要查看此方法如何用于JSON解析，讓我們看一下Comment類及其配套對象：

import play.api.libs.json.Format import play.api.libs.json.JsValue import play.api.libs.json.JsObject import play.api.libs.json.JsString import play.api.libs.json.JsNumber import play.api.libs.json.JsArrayobject Comment {implicit object CommentFormat extends Format[Comment] {def reads(json: JsValue): Comment = {val root = (json \ "comment")Comment((root \ "message").as[String],(root \ "from").as[String],(root \ "commentFor").as[Long])}def writes(comment: Comment): JsValue = {JsObject(List("comment" ->JsObject(Seq("message" -> JsString(comment.message),"from" -> JsString(comment.message),"commentFor" -> JsNumber(comment.commentFor)))))}}}case class Comment(message: String, from: String, commentFor: Long) {}

您在此處看到的是，在伴隨對象中，我們創建了一個新的“格式”對象。 現在，當使用“ Comment”類時，JSON操作將使用此對象中的“讀取”和“寫入”操作在JSON之間進行轉換。 非常強大的功能，盡管有些神奇；-)有關在此示例中使用的Scala / Play環境的更多信息，請參見我以前的文章：
http://www.smartjava.org/content/play-20-akka-rest-json-and-dependencies
http://www.smartjava.org/content/using-querulous-scala-postgresql

參考：來自Smart Java博客的JCG合作伙伴 Jos Dirksen 使用HMAC（Play 2.0）保護REST服務 。

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2012/04/dzoneprotect-rest-service-using-hmac.html

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總結

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