安全基础

这一课你将能做到

1. 用 CIA 三原则（机密性、完整性、可用性）分析一个系统面临的风险
2. 区分对称加密、非对称加密、哈希/消息摘要的用途，并正确存储用户密码
3. 识别 SQL 注入、XSS、CSRF、越权访问四类常见 Web 漏洞及其防御手段

为什么要学

判题平台有用户身份、有用户上传的代码、有管理员后台、有开放接口——它几乎集齐了 Web 安全的全部攻击面。一次安全事故的代价远超普通 Bug：密码库被拖库、用户代码被窃取、后台被入侵植入恶意内容、接口被恶意刷爆导致服务不可用。

安全不是「上线前加个过滤器」，而是贯穿设计的思维方式：先假设输入是恶意的、网络是不可信的、权限会被试探。 本课建立安全的总框架（CIA）、密码学工具箱和与 Java Web 最相关的漏洞防御。它们也是第 8 课 TLS、第 11 课安全过滤器设计的落地基础。

先建立图像

CIA 三原则（信息安全的总目标）
机密性 Confidentiality  不该看的看不到  → 加密、权限控制
完整性 Integrity        数据没被篡改    → 哈希、签名、校验
可用性 Availability     该用的时候能用  → 防 DDoS、限流、容灾备份
（扩展：不可否认性 —— 做过的操作抵赖不掉 → 数字签名、审计日志）

密码学三件套
对称加密    同一把钥匙，快   AES       加密大量数据
非对称加密  公钥/私钥对     RSA/ECDSA 密钥协商、数字签名
哈希摘要    单向不可逆      SHA-256,   完整性校验、密码存储
                          bcrypt/Argon2（慢哈希+盐）

一次请求的攻防地图
用户输入 ──▶ 认证(你是谁) ──▶ 授权(你能干什么) ──▶ 参数处理(注入/XSS)
      ◀── 响应(防敏感信息泄漏/Cookie 安全属性) ──

跟着做

步骤 1：安全地存储密码（最重要的单一实践）

import org.springframework.security.crypto.bcrypt.BCryptPasswordEncoder;

public class PasswordDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BCryptPasswordEncoder encoder = new BCryptPasswordEncoder(12);

        // 注册：绝不存明文，也不用 MD5/SHA-256 直接存（太快，易被彩虹表/撞库破解）
        String raw = "MyPass_2026";
        String encoded = encoder.encode(raw);
        System.out.println("入库的密码哈希: " + encoded);
        // 同一密码每次结果不同，因为哈希内含随机盐（salt），盐让相同密码哈希不同

        // 登录：用 matches 校验，不自己解哈希（不可逆，也解不出来）
        System.out.println(encoder.matches(raw, encoded));       // true
        System.out.println(encoder.matches("wrong", encoded));   // false
    }
}

关键认知：密码哈希必须加盐（防彩虹表）且故意设计得慢（bcrypt/Argon2/PBKDF2，让离线猜测成本极高）。数据库即使被拖库，攻击者也难以还原密码；同时要强制弱密码检测、登录失败限流，防范撞库。

步骤 2：用对三种密码学工具

import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.HexFormat;

public class CryptoToolbox {

    // HMAC：带密钥的哈希，保证「消息来自持有密钥的一方且未被篡改」
    // 典型用途：Webhook 回调签名、判题结果回调验签
    static String hmacSha256(String data, String secret) throws Exception {
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
        mac.init(new SecretKeySpec(secret.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "HmacSHA256"));
        byte[] raw = mac.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return HexFormat.of().formatHex(raw);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String body = "{\"submissionId\":1024,\"status\":\"AC\"}";
        String sign = hmacSha256(body, "judge-callback-secret");
        System.out.println("签名: " + sign);
    }
}

选择规则要刻进脑子：

• 数据要能还原 → 加密；双方同一把钥匙（AES）或公私钥对（RSA/ECIES）
• 只需验证内容没改、来源可信 → 普通哈希（SHA-256）或带密钥的 HMAC
• 需要防抵赖 → 数字签名（私钥签、公钥验，JWT 的签名、软件发布签名）
• 哈希 ≠ 加密：哈希不可逆；不要发明自己的加密算法，也不要用 MD5/SHA-1（已不安全）

步骤 3：防住 SQL 注入

import org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate;
import org.springframework.stereotype.Repository;

@Repository
public class ProblemRepository {

    private final JdbcTemplate jdbc;

    public ProblemRepository(JdbcTemplate jdbc) {
        this.jdbc = jdbc;
    }

    public Integer findByTitle(String title) {
        // ❌ 拼接：title = "x' OR '1'='1" 即可绕过条件，甚至拖走全表
        // String sql = "SELECT id FROM problems WHERE title='" + title + "'";

        // ✅ 参数化：SQL 结构与参数分离，参数只被当作值，永远不会被解释成 SQL
        String sql = "SELECT id FROM problems WHERE title = ?";
        return jdbc.queryForObject(sql, Integer.class, title);
    }
}

MyBatis 中用 #{}（预编译参数）而不是 ${}（字符串拼接，仅在必须动态指定表名/列名时使用且要白名单校验）。注入是 OWASP Top 10 的常客，根因永远是「把用户输入当成了代码执行」。

步骤 4：XSS、CSRF 与越权

import org.springframework.security.access.prepost.PreAuthorize;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

@RestController
@RequestMapping("/api/submissions")
public class SubmissionController {

    // 越权防御：水平越权=用户 A 查看用户 B 的记录；垂直越权=普通用户调用管理接口
    // 不能只靠「前端不显示按钮」，每个接口都要在服务端校验资源归属
    @GetMapping("/{id}")
    @PreAuthorize("@submissionGuard.isOwner(#id) or hasRole('ADMIN')")
    public String getOne(@PathVariable Long id) {
        return "submission-" + id;
    }

    @DeleteMapping("/{id}")
    @PreAuthorize("hasRole('ADMIN')")
    public void delete(@PathVariable Long id) {
        // 管理操作必须有角色校验，并写审计日志（谁、何时、删了什么）
    }
}

两类前端侧漏洞直觉：

• XSS（跨站脚本）：用户输入被当作脚本在别人的页面执行。防御：输出到 HTML 时做转义（模板默认转义）、富文本用白名单过滤库（如 OWASP Java HTML Sanitizer）、Cookie 加 HttpOnly 防窃取
• CSRF（跨站请求伪造）：诱导已登录用户在第三方站点发起请求。防御：敏感操作使用 CSRF Token/ SameSite Cookie；纯 JSON API + JWT 在 Header 中传递时天然不易受攻击，但仍要校验来源

讲清楚要点

1. 认证 Authentication 与授权 Authorization 是两件事：先确认「你是谁」（登录、JWT/Session），再判断「你能做什么」（角色、权限、资源归属）；顺序不能反，且授权必须在服务端每个敏感接口执行。
2. 最小权限原则：用户、服务账号、数据库账号都只授予完成任务的最小权限；判题机执行用户代码用低权限账户 + 容器隔离，限制文件、网络、系统调用。
3. 敏感数据要分级：密码、身份证、手机号、代码源码各有保护级别；日志里不要打印密码与完整身份证号，接口返回要脱敏，备份与传输同样要加密。
4. 可用性攻击（DDoS/CC）：流量型靠带宽与清洗服务，请求型靠限流、验证码、WAF；判题平台还要防「恶意提交死循环代码」耗尽判题产能（结合 MQ 排队与每用户提交频率限制）。
5. 安全的纵深防御：网络层（防火墙/WAF）、主机层（补丁、最小化服务）、应用层（输入校验、参数化、CSRF/XSS 防护）、数据层（加密、备份、权限）；任何单点被突破，其他层仍能兜底。

你可能会懵的地方

• 加盐有什么用？盐不是保密的吗？ 盐不需要保密，它通常和哈希一起存储。盐的作用是让每个用户的哈希都不同：攻击者无法用一张预计算的彩虹表批量破解，必须逐个加盐猜测，成本大增。

• JWT 安全吗？存在哪、被盗了怎么办？ JWT 是带签名的令牌，防篡改但默认不加密（payload 仅 Base64，别放敏感信息）。被盗用的风险与 Cookie 相同：用 HTTPS、短有效期 + Refresh Token、必要时绑定设备/IP 特征，服务端维护吊销名单。

• 前端做了校验，后端还要做吗？ 必须做。前端校验只为体验，攻击者可以绕过浏览器直接构造请求。所有安全校验的「生效位置」只能是服务端。

• HTTPS 已经加密，是不是就不会被攻击了？ HTTPS 解决传输链路的窃听与篡改，但它不防应用层漏洞：注入、越权、弱密码、XSS 照样成立。加密是安全的一环不是全部。

• 发现漏洞后该怎么做？ 先止损（下线或限流受影响接口、封禁攻击源），再修复并验证，然后排查数据是否已被利用（查审计日志），最后复盘补充监控与测试；切忌悄悄修复不告知、不留记录。

错法对照

错法	问题	正解
明文或 MD5 存密码	拖库即全部泄漏	bcrypt/Argon2 加盐慢哈希
用 ${} 拼 MyBatis 参数	SQL 注入	#{} 参数化；动态结构用白名单
接口只按 ID 查询不校验归属	水平越权	服务端校验当前用户与资源关系
日志打印完整手机号/密码	日志泄漏即数据泄漏	脱敏打印；密码绝不入日志
自行设计加密/签名方案	几乎必然有缺陷	用经过审计的标准库与协议

卡点急救

1. 怀疑被刷接口/撞库：立即对登录和提交接口加限流与验证码，封禁异常 IP/账号；核查失败日志的规模与来源分布。
2. 发现注入点：先关闭或限流相关接口，确认数据访问账号权限（是否过大），修复为参数化后再上线，并审计历史异常请求。
3. 权限疑似被绕过：复核 Security 配置是否对新接口生效（避免只保护了旧路径），用未登录/低权限账号实际回归一遍全部敏感接口。

面试常问

• 说一下对称加密、非对称加密和哈希的区别与使用场景。 对称（AES）一把钥匙、速度快，用于数据加密；非对称（RSA/ECDSA）公私钥对，用于密钥协商与数字签名；哈希（SHA 系列）单向定长，用于完整性与密码存储（密码必须加盐慢哈希）。TLS 是三者组合的标准案例。

• 如何防止 SQL 注入？ 参数化查询（预编译）使代码与数据分离；最小权限账号；避免拼接表名/列名，必要时白名单校验；ORM 用安全占位符。可补充 WAF 只能作为补充，不能替代参数化。

• 什么是越权？水平和垂直越权怎么防？ 越权是绕过授权访问未授权资源。水平越权访问同权限他人数据（用 ID 直接查），靠资源归属校验；垂直越权访问高权限功能，靠服务端角色/权限注解，前端隐藏按钮不算防御。

自测三问

1. 用 CIA 给判题平台各列两个威胁与对应措施，能补上不可否认性更好。
2. 用户登录全链路中，密码在前端、传输、存储、校验四个环节分别怎么处理？
3. XSS 和 CSRF 的攻击方向有何不同？Cookie 的 HttpOnly 与 SameSite 分别防谁？

小结一句话

安全以 CIA 为目标、以「输入皆恶意、权限服务端兜底、密码加盐慢哈希、系统永不自创密码学」为基本纪律，靠纵深防御把单点失陷的风险层层稀释。

延伸

• OWASP Top 10 官方项目（2021 版）——Web 应用最关键风险清单与防护指南
• Spring Security 官方参考文档——认证授权架构与配置的权威资料
• NIST 数字身份指南（SP 800-63B）——密码与身份验证的国际权威建议
• 下一课：设计模式与 UML——掌握了安全与设计的原则，下一课学习如何把良好结构固化为可复用的模式：GoF 经典模式与 UML 表达。