第九站：Java黑——安全编码的结实防线（第②篇）

万万哇 · 2024-7-26 20:28:43

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4. 验证和过滤输入数据示例：利用Apache Commons Lang

对输入数据进行验证和过滤是防止多种安全弊端的关键步骤，包括但不限于SQL注入和下令注入。Apache Commons Lang库提供了一些实用方法来帮助进行字符串操作和验证。以下是一个简朴的示例，展示怎样利用它来检查输入是否只包含数字和字母，从而防止不安全的字符输入：
首先，确保你的项目中已经包含了Apache Commons Lang库。假如是Maven项目，在pom.xml中参加以下依赖：

<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-lang3</artifactId>
<version>3.12.0</version>
</dependency>

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然后，利用其提供的方法来验证用户输入：

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
public class InputValidationExample {
public static void main(String[] args) {
String userInput = "HelloWorld123";
if (StringUtils.isAlphanumeric(userInput)) {
System.out.println("The input is valid.");
} else {
System.out.println("The input contains invalid characters.");
}
}
}

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5. 利用Spring Security进行身份验证和授权

Spring Security是一个强盛的安全框架，用于处理认证（验证用户身份）和授权（控制用户访问资源的权限）。以下是一个基本的Spring Security设置示例，展示了怎样设置基本的表单登录和权限控制：
首先，确保你的项目中包含了Spring Security依赖。对于Maven项目：

<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>

复制代码

接着，设置Spring Security。在Spring Boot应用中，你可以在application.yml或application.properties中进行基本设置，或者创建一个Java设置类，比方：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http.authorizeRequests()
.antMatchers("/resources/**", "/signup", "/about").permitAll() // 公开资源
.antMatchers("/admin/**").hasRole("ADMIN") // 管理员角色才能访问
.anyRequest().authenticated() // 其他请求需要认证
.and()
.formLogin(); // 启用表单登录
}
// 配置用户详细信息服务等其他安全设置...
}

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6. 利用HTTPS和SSL/TLS进行安全通讯

在Java Web应用中，利用HTTPS协媾和SSL/TLS证书可以确保数据在传输过程中的安全。以下是一个基于Spring Boot设置HTTPS毗连的简要示例：
首先，你需要一个SSL证书。这可以通过购买或利用自签名证书进行测试。假设你的证书和私钥文件名为server.crt和server.key，你可以如许设置Spring Boot：
在application.properties或application.yml中：

server:
port: 8443
ssl:
enabled: true
key-store:classpath:server.p12 # 如果是PKCS12格式的密钥库
key-store-password: yourKeystorePassword
keyStoreType: PKCS12 # 根据你的密钥库类型调整
keyAlias: tomcat # 密钥别名

复制代码

或者，假如你直接利用.key和.crt文件：

server:
port: 8443
ssl:
enabled: true
key-store-type: PEM
key-store:classpath:server.key
key-password: yourPrivateKeyPassword
trust-store:classpath:server.crt

复制代码

确保你的密钥和证书文件被正确地放置在项目的类路径下，并且密码正确无误。
通过这些额外的示例，我们可以看到，从数据验证、框架集成到网络通讯安全，Java应用的每个层面都需要仔细考虑和设置，以构建一个全面安全的应用环境。
7. 利用Shiro进行权限控制与会话管理

Apache Shiro是一个强盛且易用的安全框架，它简化了身份验证、授权、会话管理和加密等功能的实现。以下是一个基础的Shiro设置示例，展示了怎样进行用户身份验证及角色权限控制：
首先，确保你的项目中包含了Shiro的依赖。对于Maven项目：

<dependency>
<groupId>org.apache.shiro</groupId>
<artifactId>shiro-spring</artifactId>
<version>1.9.0</version>
</dependency>

复制代码

接着，设置Shiro。在Spring应用上下文中界说Shiro的设置类：

@Configuration
public class ShiroConfig {
@Bean
public SecurityManager securityManager(Realm realm) {
DefaultWebSecurityManager securityManager = new DefaultWebSecurityManager();
securityManager.setRealm(realm);
return securityManager;
}
@Bean
public Realm realm() {
// 这里可以配置自己的Realm，用于认证和授权逻辑
return new IniRealm("classpath:shiro.ini");
}
@Bean
public ShiroFilterFactoryBean shiroFilterFactoryBean(SecurityManager securityManager) {
ShiroFilterFactoryBean factoryBean = new ShiroFilterFactoryBean();
factoryBean.setSecurityManager(securityManager);
Map<String, String> filterChainDefinitionMap = new LinkedHashMap<>();
filterChainDefinitionMap.put("/login", "anon"); // 登录页面匿名访问
filterChainDefinitionMap.put("/logout", "logout"); // 注销操作
filterChainDefinitionMap.put("/**", "authc"); // 其他请求需要认证
factoryBean.setFilterChainDefinitionMap(filterChainDefinitionMap);
return factoryBean;
}
}

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同时，你需要一个设置文件（如shiro.ini）来界说用户、角色和权限：

[users]
admin = password, admin
guest = guest, user
[roles]
admin = *
user = read, write
guest = read

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8. 利用HMAC进行消息完整性验证

HMAC（Hash-based Message Authentication Code）是一种利用哈希函数和密钥来验证消息完整性的方法。在Java中，可以利用java.security包来实现。以下是一个简朴的HMAC天生和验证示例：

import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
public class HMACExample {
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
String message = "This is a secret message.";
String key = "MySuperSecretKey";
// 生成HMAC
String hmac = generateHMAC(message, key);
System.out.println("Generated HMAC: " + hmac);
// 验证HMAC
boolean isValid = verifyHMAC(message, key, hmac);
System.out.println("HMAC Verification: " + isValid);
}
public static String generateHMAC(String data, String keyString) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(keyString.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "HmacSHA256");
Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
mac.init(keySpec);
byte[] hmacBytes = mac.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
return Base64.getEncoder().encodeToString(hmacBytes);
}
public static boolean verifyHMAC(String originalData, String keyString, String hmacToVerify) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
String generatedHMAC = generateHMAC(originalData, keyString);
return generatedHMAC.equals(hmacToVerify);
}
}

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9. 利用JWT（JSON Web Tokens）进行安全认证

JWT是一种常用的安全认证方式，它允许双方之间安全地传输信息。以下是一个简朴的JWT天生和验证示例，利用jjwt库：
首先，添加jjwt依赖到你的项目（Maven为例）：

<dependency>
<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
<artifactId>jjwt-api</artifactId>
<version>0.11.2</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
<artifactId>jjwt-impl</artifactId>
<version>0.11.2</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
<artifactId>jjwt-jackson</artifactId>
<version>0.11.2</version>
</dependency>

复制代码

然后，编写JWT的天生与验证代码：

import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import io.jsonwebtoken.security.Keys;
import javax.crypto.SecretKey;
public class JWTExample {
public static void main(String[] args) {
// 生成密钥
SecretKey key = Keys.secretKeyFor(SignatureAlgorithm.HS256);
// 生成JWT
String jwt = Jwts.builder()
.setSubject("Alice")
.signWith(key)
.compact();
System.out.println("Generated JWT: " + jwt);
// 验证JWT
try {
Jwts.parserBuilder().setSigningKey(key).build().parseClaimsJws(jwt);
System.out.println("JWT Verification: Success");
} catch (Exception e) {
System.out.println("JWT Verification: Failed");
}
}
}

复制代码

以上示例覆盖了权限控制、消息完整性验证以及今世Web应用中常用的JWT认证技术，进一步丰富了Java安全编码的实践案例。
10. 实现线程池管理

在Java中，ExecutorService接口和其相关实现类提供了创建和管理线程池的本领，这对于实行大量短期异步任务非常有用。下面是一个利用线程池实行任务并优雅关闭线程池的例子：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建固定大小的线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 提交任务到线程池执行
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int taskId = i;
executor.submit(() -> {
System.out.println("Task ID " + taskId + " is running by " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("Thread interrupted: " + e.getMessage());
}
});
}
// 关闭线程池，不再接受新任务，等待所有已提交的任务完成
executor.shutdown();
try {
// 等待直到所有任务完成，最多等待1分钟
if (!executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES)) {
executor.shutdownNow(); // 强制关闭，取消正在执行的任务
System.out.println("ThreadPool did not terminate in time, forcing shutdown.");
} else {
System.out.println("All tasks completed.");
}
} catch (InterruptedException e) {
executor.shutdownNow();
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("Interrupted while waiting for tasks to complete.");
}
}
}

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11. 利用CompletableFuture进行异步编程

CompletableFuture是Java 8引入的一个强盛的异步编程工具，它支持非壅闭式操作和链式调用。下面是一个简朴示例，展示了怎样利用CompletableFuture进行异步任务处理并组合结果：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class CompletableFutureExample {
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
simulateDelay(1000); // 模拟延迟
return "Hello";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
simulateDelay(2000); // 模拟延迟
return "World";
});
// 当两个Future都完成时，组合它们的结果
CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> s1 + " " + s2);
try {
// 获取最终结果
String result = combinedFuture.get();
System.out.println(result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static void simulateDelay(int millis) {
try {
Thread.sleep(millis);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}

复制代码

12. 利用Spring Boot实现RESTful API

Spring Boot极大简化了创建基于Spring的应用程序的过程，特殊是用于开发RESTful服务。下面是一个基本的Spring Boot应用，它暴露了一个CRUD操作的REST API来管理用户资源：
首先，确保你的项目包含Spring Boot Starter Web依赖：

<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

复制代码

然后，创建一个简朴的User实体类和对应的Repository、Service、Controller层：

// User.java
public class User {
private Long id;
private String name;
// Getter & Setter
}
// UserRepository.java
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {}
// UserService.java
@Service
public class UserService {
@Autowired
private UserRepository userRepository;
// CRUD操作方法
}
// UserController.java
@RestController
@RequestMapping("/api/users")
public class UserController {
@Autowired
private UserService userService;
@GetMapping
public List<User> getUsers() {
return userService.getAllUsers();
}
@PostMapping
public ResponseEntity<User> createUser(@RequestBody User user) {
User savedUser = userService.createUser(user);
return ResponseEntity.ok(savedUser);
}
// 更多CRUD操作的映射...
}

复制代码

这些示例涵盖了从并发编程、异步处理到构建RESTful服务的多个方面，展示了Java在现实开发中的灵活性和强盛功能。

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