如何对数据附加签名，防止伪造

网络

Web 应用通常借助 Cookie 保存会话信息，这些信息一般并不敏感，但必须防止用户伪造。

我们先来考察一个应用场景：用户登录，后端将登录用户账号保存在 Cookie 中；后续访问是，浏览器会带上该 Cookie ，后端据此检查登录是否合法。

这个场景存在一个非常严重的安全漏洞，用户可以伪造 Cookie ！举个例子，他只要将 Cookie 改成我的账号 fasionchan ，就可以用我的账号来操作！那么，我们应该如何应对伪造数据呢？

您可能想到对数据进行加密，离开密钥就无法解读数据，更何况伪造？加密适用保护敏感数据，它可以同时实现 保密 和 防伪 两个目的。换句话讲，如果数据是不能被第三方获悉的，那就必须加密。

如果数据无须保密，而只想防伪，则可以为其计算 签名（ signature ）。例子中用 Cookie 保存的登录账号就是一个典型的例子，让第三方知道了也没什么影响，关键是要防止别人伪造。

那么，怎么对数据计算签名呢？

哈希

众所周知，对一段文本进行哈希，得到的哈希值可以作为文本的摘要，或者叫做信息指纹。哈希算法分很多种，常用的有 MD5 ，SHA 等等。同样的文本，用同样的的哈希算法，算出来的哈希值一定是一样的。以 MD5 为例：

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import hashlib
text = 'fasionchan'
hashlib.md5(text.encode('utf8')).hexdigest() # a5ff4dddf920a287e1a3559836675e15

签名密钥

您可能会说，哈希计算得到摘要也没啥用呀，别人照样可以这样做。没错，但我们再引入一个密钥，情况就不同了：

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import hashlib
secret = '123456'
user = 'fasionchan'
signature = hashlib.md5((user+secret).encode('utf8')).hexdigest()
print('{}-{}'.format(user, signature)) # fasionchan-65cd2de0af7cc1f5f765df7bdabd1e49

注意，这里密钥 secret 我随便用 123456 。密钥通常不能是简单的弱密码，不然很容易被破解。

现在将登录用户和签名拼在一起保存在 Cookie 中：

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fasionchan-65cd2de0af7cc1f5f765df7bdabd1e49

当后端服务器收到 Cookie 后，可以重新计算签名，以此进行验证：

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cookie = 'fasionchan-65cd2de0af7cc1f5f765df7bdabd1e49'
user, signature = cookie.split('-')
hashlib.md5((text+secret).encode('utf8')).hexdigest() == signature # True

如果计算得到的签名跟 Cookie 中保存的不一致，则说明数据是伪造的。由于第三方不掌握参与签名计算的 secret ，也就无法伪造数据。因此，secret 密钥必须妥善保管，绝对不能泄露。

弱密码

由于哈希算法可以暴力破解，如果黑客掌握了足够的数据和签名样本，而密钥又不够复杂，就很有可能被破解出来。举个例子，假设黑客有一个弱密码表，他只要逐个遍历验证，即可破解出密钥，如果密钥就在弱密码表里的话。

因此，密钥的选择必须足够复杂，绝对不能是一些常见的字符序列。

  • 最好大小写字母、数字和符号都有；
  • 长度足够长；
  • 最好是随机生成的，没有规律的；

有效期

某些场景数据需要设置有效期，这时可以在数据的基础上加一个时间戳：

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import hashlib
import time

secret = '123456'
user = 'fasionchan'
ts = str(int(time.time()))
signature = hashlib.md5((user+ts+secret).encode('utf8')).hexdigest()
print('{}-{}-{}'.format(user, ts, signature)) # fasionchan-1673062003-37f3e061d217cd0d258c67c9f78c93fb

后端接到数据后，同样先将各个部分切分开，重新计算签名校验真伪。然后只需检查时间戳，即可判断数据是否还有效。需要特别注意，时间戳必须参与签名计算，否则别人可以伪造假的时间戳，从而绕过有效期限制。

【小菜学网络】系列文章首发于公众号【小菜学编程】，敬请关注：

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fasionchan 2023-01-07