微服务安全架构怎么做？提高微服务安全的非完全攻略

小君 2023-02-17 19:15:05 52

微服务安全架构怎么做？提高微服务安全的非完全攻略“这位先生看上去严重脱水，他可以携带一大瓶液体上飞机！”“这个人看上去是好人，他的手提行李可以携带剪刀和刀。”软件的安全问题既困难又复杂。许多人认为安全属于正常开发流程之外的东西。通常被视为某些安全人员的责任，他们只需要关注安全，不需要理解我们在复杂的微服务、事件驱动、API优先战略以及云生态系统中快速交付的业务价值。我认为正是由于这种思想，我们很难在早期阶段思考安全问题，找出任何有可能破坏系统的人或事。安全导致复杂的坏境又多了一层复杂。安全不仅仅体现了现代架构的技术复杂性，而且还有很多其他方面的问题，比如快速走向市场、严格的期限、团队内部问题、性能问题、流程太多、会议太多等等。虽然安全非常复杂，但是它并不会在某一天里突然破坏你的系统。可能在经过数月/数年后，才会有人发现漏洞。那么，为什么我们要从第一天起就关注安全呢？话虽没错，第一天就出现安全问题的可能性非常小。我们都希望集中精力完成具有

【编者按】千里之堤毁于蚁穴。服务安全有点类似于机场安检。工作人员会检查每一个人，禁止他们带某些东西上飞机等等，尽管99.9999%的人都不会劫持飞机。而机场采取的所有措施针对的都是0.0001%的情况。因为后果影响非常大。

作者 | Madalin Ilie

译者 | 弯月

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

软件的安全问题既困难又复杂。许多人认为安全属于正常开发流程之外的东西。通常被视为某些安全人员的责任，他们只需要关注安全，不需要理解我们在复杂的微服务、事件驱动、API优先战略以及云生态系统中快速交付的业务价值。我认为正是由于这种思想，我们很难在早期阶段思考安全问题，找出任何有可能破坏系统的人或事。安全导致复杂的坏境又多了一层复杂。安全不仅仅体现了现代架构的技术复杂性，而且还有很多其他方面的问题，比如快速走向市场、严格的期限、团队内部问题、性能问题、流程太多、会议太多等等。虽然安全非常复杂，但是它并不会在某一天里突然破坏你的系统。可能在经过数月/数年后，才会有人发现漏洞。那么，为什么我们要从第一天起就关注安全呢？话虽没错，第一天就出现安全问题的可能性非常小。我们都希望集中精力完成具有直接价值的功能，而不是预防未来可能出现的问题。然而，关键在于，安全问题可能会导致整个系统瘫痪。这对于你和你的用户都非常不利。

那么，如何在不过度设计安全性和偏执于一切之间取得平衡，同时仍然还能专注于业务价值呢？这其实是一种思维模式，而不是一个单独的关注点。我并不是说每个人都需要成为安全专家以及无所不知。我是说人们应该开发安全软件，就像他们开发软件一样。通过一种方式将引入漏洞的可能性降到最低。

灌输这种思维模式的最佳方式是采用一套标准和实践来培养习惯。继续拿机场安检做类比，你不能让安检人员自行做决定：

“这个人看上去是好人，他的手提行李可以携带剪刀和刀。”

“这位先生看上去严重脱水，他可以携带一大瓶液体上飞机！”

你需要创建一套平等且适用于每个人的规则和程序（即标准）。此外，你还需要制定一套关于如何处理特定情况的指导方针（即实践）：如果你发现手提行李中有可疑物品，则可以单独检查。

接下来，我将详细介绍涵盖整个系统发展生命周期的标准和实践。虽然这个列表无法做到详尽（对于有些小节的内容，你可能有更多良好的实践），但我希望能够帮助你思考一些不太常见的情况。

安全的重点
我简单地将安全问题分为了两个主要领域：

基础设施安全：与应用程序在生产中的部署和运行相关的安全问题。

应用程序安全性：与应用程序的实现以及业务背景细节相关的安全问题。

关于如何解决这两个问题，有很多资源：

PCI 安全要求（https://www.pcisecuritystandards.org/）：侧重于财务软件，但也可作为其他系统的最佳实践。

安全代码（https://safecode.org/category/resource-publications/）：有关开发、测试、架构以及开发运维的通用实践。

有关安全编程的十大最佳实践（https://wiki.sei.cmu.edu/confluence/display/seccode/Top 10 Secure Coding Practices）：侧重于某些编程语言的安全编程最佳实践，也有一些通用的实践。

OWASP 备忘单系列（https://cheatsheetseries.owasp.org/index.html）：覆盖了大多数软件开发领域的备忘单。

上述资源非常全面，包括许多解决系统发展生命周期内有关安全问题的细节和实践。每位开发人员都应该定期做检查，并掌握最新信息。但在实践中，我们很难做到。下面，我将设法总结出我们需要思考的一些重要问题（注意：这些实践与业务领域无关）。虽然这不是一份详尽的清单，也不是灵丹妙药，但它可以帮助你建立坚实的基础，将发生安全问题的可能性降到最低。

解决安全问题
基础设施的安全比较容易解决，因为很多人都会使用产品或云服务。这些产品和服务已经包含了非常好的安全功能，如果你使用Web应用程序防火墙，则可以相信该产品能够保障安全，不需要由你来实现安全。我并不是说这样做会更容易，而是说你有更多控制。

应用程序的安全则更加难以预测。你需要依靠开发人员的技术来实现安全。你需要确保他们不会做愚蠢的事情，比如在源文件中存储明文密码。

以下是我认为能够帮助你建立安全思维方式的实践列表，主要面向常规开发人员。这里的“常规”指的是实际实现代码的人，而不是其他专注于设计、规划或管理的人。这些规则关注的都是构建 (REST) API 时的应用程序安全。虽然表面看起来它们与安全并没有直接的联系，但最终它们都可以减少引入安全问题的可能性。

注意：本文的大多数示例都使用了Java。

标准
如上所述，标准的使用是建立思维方式的主要机制。所有项目都应该采用同一套标准。并非所有人都喜欢标准，有些人可能会认为标准限制了人们的选择和创造力。但我认为，这是一种简单的获得统一性的方法，尤其是当多个团队在同一平台上工作时。建立标准之后，新成员可以更轻松地加入项目，而且还能降低引入bug、不一致或在某些愚蠢的事情（比如空格还是制表符）上发生争执的可能性。我们可以将这些时间节省出来讨论更有意义的问题。标准不一定要涉及很多细节，大多数标准应该说明建立在现有实践之上的原则和选择。
文档

需要考虑的关键事项：

将代码的接口以及API合同写在文档中；

定义文档策略：

整体的文档策略是什么？

项目的 README.md 文件中包含什么？

是否需要更新更广泛的文档？

采用哪些画图工具？

是否使用轻量级架构决策记录？

文档应当存储在Git代码库中？还是采用单独的工具？

如果存储在项目中，推荐的文件夹结构是什么？
通用（微）服务设计指南

需要考虑的关键事项：

使用蓝图/模板/原型作为所有（微）服务的起点；

将蓝图与所有公共库、插件等捆绑在一起，并且必须符合标准；

每个（微）服务必须能够通过运行一个命令来启动；

（微）服务只能通过API/事件处理数据，没有后门；

每个（微）服务都是独立的；

所有（微）服务都符合应用的十二要素，以及其他标准。
代码格式/风格

选择一种代码风格，并贯彻到底。如果可以，在提交前自动格式化。
命名约定

选择一种约定，并贯彻到底。

API标准
需要考虑的关键事项：

遵循 REST 命名实践（名词、复数以及其他常见的标准），网上有很多指南，选择一种，并贯彻到底；

与命名规则统一。该标准适用于一切，比如负载对象命名、属性等，而不仅限于端点。无论是驼峰式、蛇式还是烤肉串式，选择一种，并贯彻到底；

POST、PUT、PATCH的响应包含有意义的主体；

使用有意义的 HTTP 状态码，不要遇到错误就返回 400；

所有端点必须返回有意义的错误情况；

提供错误列表（更多细节请参见错误处理部分的介绍）；

考虑 OpenAPI，以及契约优先开发，即刚开始的时候编写 OpenAPI 契约，与（内部）消费者沟通，这样可以实现更好的并行开发；

使用有意义的描述和示例记录 OpenAPI 契约；

所有（内部）API 必须使用 CorrelationId/TraceId 的标头；

默认情况下，所有 API 输入都必须有非常严格的限制；

所有 API（内部或外部）都必须经过身份验证，最好采用实时授权；

所有 API 必须重用相同的公共数据结构：可以采用通用的地址、人、国家等，也可以定义特定于业务的数据结构；

所有 API（内部或外部）只能通过 HTTPS 公开；

考虑在 API 的响应中返回安全标头，例如：Cache-Control: no-store，Content-Security-Policy: frame-ancestors 'none'，Content-Type Strict-Transport-Security，X-Content-Type-Options: nosniff，X-Frame-Options: DENY等。

内部 API 之间的通信不应该通过互联网（除非是架构有意为之，或有此类要求）；

不要通过互联网公开管理端点；如果有这种要求，请使用身份验证；

确保所有 API 都会严格验证收到的请求：不允许使用未记录的 JSON 字段、拒绝格式错误的 JSON 等；

正确使用数据类型，不要将所有内容都作为字符串；

尽可能使用枚举值；

定义字符串的长度限制，定义数字的最小值/最大值；

定义每个字符串的输入限制模式；

某些属性有明确的定义，因此定义正则表达式很容易，比如国家代码一律以“[A-Z] ”开头。但有些属性很难定义正则表达式，比如考虑到所有语言中人们的姓氏，这个属性（lastName）的要求就会非常宽松。建议定义一些能够防止出现奇怪字符的模式，比如 Unicode 控制字符、分隔符或符号；推荐的正则表达式对象如下：“^[^\p{C}\p{Z}\p{So}]*[^\p{C}\p{so}] [^\p{C}\p{Z}\p{So}]*$”，但这并不能确保程序可以免受任何类型的注射，你仍然需要很好地理解数据的去向和处理方式，但至少可以确保表情符号不会破坏你的系统。
标准日志

需要考虑的关键事项：

日志的格式：使用逗号分隔的键值对（key=value）？还是使用JSON对象？选择适合工具的格式；

日志的每一行都包含 CorrelationId/TraceId，这样可以方便工具创建仪表板；

日志中记录方便理解实际情况的信息：哪个实体？业务领域？成功了吗？失败了？

一些参考做法（https://www.javacodegeeks.com/2011/01/10-tips-proper-application-logging.html）；

在实际的日志实现之上使用抽象层；例如在 Java中，使用由logback实现的slf4j；

将日志作为横切关注点，利用面向切面的程序设计，仅在异常情况下记录日志，限制敏感内容的记录；

不能将日志作为记录一切备用信息的手段，将所有请求和响应都完整地记录下来。应当谨慎地记录日志，即使在调试级别或较低级别中也应如此。

更多有关日志记录的参考信息（https://ludovicianul.github.io/2021/07/06/incomplete-list-of-security/）。
数据标准

需要考虑的关键事项：

使用现有的 ISO 标准处理广为人知的对象：货币、日期、金额等；

定义可重复使用的特定于业务的对象；

API对象、数据库实体和事件也需要采用这些标准。
处理数据

需要考虑的关键事项：

在处理数据之前清理数据，下面是一个通用的清理正则表达式：“^[^\p{C}\p{Z}\p{So}]*[^\p{C}\p{so}] [^\p{C}\p{Z}\p{So}]*$”，虽然无法杜绝所有的问题，但是可以删除可能会导致系统崩溃的奇怪字符；

确保不会将输入数据传输到内部的访问操作，如数据库查询、命令行执行等。使用参数化的数据库查询，具体指定获取的内容与传递的内容；

当需要针对特定输入的处理施加限制时，请使用白名单（而不是黑名单）；

采用防御性编程实践；

确保使用不易受到 XXE 或类似攻击的高效 XML 解析器。最好不要使用 XML 作为输入，除非上下文有这样的强制要求。
日志数据

需要考虑的关键事项：

不要记录敏感数据。如果出于某种原因仍然需要记录，请屏蔽敏感数据。这里的敏感程度取决于具体的业务与法规；

创建/使用一个库，默认屏蔽平台中最敏感的数据，例如，如果你正在处理付款，则默认屏蔽银行卡号，不要让每个开发者自行决定；

考虑在每次添加新的敏感数据时扩展该库，如果需要添加大量数据，则必须平衡性能；

日志记录库必须允许特定的配置，以便每个单独的服务可以屏蔽额外的数据，而无需扩展该库；

日志记录库必须提供清理方法（即通过调用特定的方法），确保所有情况都可以使用同一种清理技术；

日志记录库必须在记录数据之前清理数据（比如删除所有与“\p{Z}\p{C}\p{So}”相匹配的字符）；

日志记录库必须删除 CR 和 LF 字符，以防止 CRLF 注入；

建立明确的日志归档策略。
存储数据

需要考虑的关键事项：

只能存储与当前上下文或可预见的将来相关的数据，数据存储不能作为以备不时之需的手段；

数据的存储必须遵守相关规定，你必须知道这一点；

某些数据不能明文存储（比如信用卡号），可以使用硬件或软件加密；

不能在纯文本文件的版本控制中存储隐私数据（密码、加密密钥、ssh 密钥、私钥等），必须使用专用产品或服务，例如 Vault、HSM等；

在执行敏感数据的加密或散列操作时，必须“加盐”和/或“加胡椒”，以防止暴力攻击；

考虑构建（或使用）令牌化敏感数据的集中式服务；

令牌化所有受某种监管的数据：银行卡号、PII 数据等。所有（微）服务都应该使用令牌（而不是实际的数据），并仅在需要时还原令牌，这可以最大限度地减少合规所需的工作，还可以更好地控制数据；

加强令牌化解决方案的安全性，不允许从外部访问其 API。
事件/消息标准

需要考虑的关键事项：

创建一个事件列表，让每个人都知道每个事件的目的；

使用事件规范进行验证；

避免使用通用事件来发送一切消息，避免在不知情的情况下泄露敏感信息；

考虑用交换令牌代替包含敏感信息的实际数据。
配置管理

需要考虑的关键事项：

避免在源文件中硬编码配置；

考虑使用集中式配置管理；

按环境分隔配置；

不要在源文件或版本控制中存储隐私数据（密码、api 密钥、ssh 密钥、私钥等），使用适当的隐私数据系统；

不要保留任何可部署单元（云服务、产品或自己的（微）服务）的默认凭据；

不要将仅用于测试的代码或配置放入生产；

不要只在服务中构建测试后门；

使用版本控制来记录配置更改；

使用适当的配置完整性检查机制。
错误处理

需要考虑的关键事项：

将异常和错误视为横切关注点，利用面向切面的程序设计，使用 ControllerAdvices 等类似的工具；

将常见的异常/错误（验证问题、未找到资源、格式错误消息）处理逻辑放入到共享库中，这可以减少（微）服务之间的交互摩擦；

编写一个错误列表；

使用错误代码（例如 MICRO-4221代表结构验证导致请求出错，MICRO-4222 代表业务验证导致请求出错）；

不要在响应中泄漏内部状态，避免传递 e.getMessage，返回的每个错误都必须由其根本原因创建，同时不要泄漏内部数据；

使用 catch-all 机制，以避免因意外异常而泄漏内部状态。你可以利用全局错误处理程序捕获异常并返回 500；

所有错误都应该返回同一个对象，以实现统一的体验；

在API文档中使用适当的 HTTP 状态码记录所有的错误情况。如果使用 OpenAPI，请记录所有可能的 HTTP 状态码，即使它们返回相同的 OpenAPI 对象。
分支策略与提交

需要考虑的关键事项：

使用简单的分支策略，基于trunk的方式、GitHub工作流等，随便选一个；

存储库和分支采用有意义的命名；

使用描述性提交，以方便将来追踪变更；

分多次提交少量的代码，以更好地分隔变更；

使用智能提交，即提供指向任务（来自任务管理系统）的链接；

考虑使用预提交钩子来验证提交；

提交消息中不要包含敏感信息；

存储库启用远程访问时需要特别小心，特别是托管在云中的存储库。

代码审查
需要考虑的关键事项：

必须执行代码审查（保持善意和自信，提供具体说明，以及其他良好的习惯）；

机械的检查交给工具来做，专心审查功能以及是否符合标准和实践；

如果你反复遇到同一个问题，请将其添加到标准中；

建立检查列表，直到所有人都养成关注同一个问题的习惯。
工具与第三方库

需要考虑的关键事项：

制定引入新工具的流程。进行权衡分析，并推广到更广泛的群体，得到所有人的接受/同意，并确保覆盖更广泛的情况；

选择开源软件时注意许可；

创建许可列表，在其中列出所有无需询问即可使用的许可、需要讨论的许可以及不允许使用的许可；

在发现新工具/库/产品时，不要着急使用，你需要考虑：是否稳定？是否有良好的维护？是否有成功案例？

考虑使用 OWASP Dependency Check、License Plugin 之类的工具，或其他更复杂的工具，例如 Black Duck等；

制定一个普遍认可的工具/库创建列表，供所有人挑选；

定期更新依赖项。
代码分析

需要考虑的关键事项：

使用一种或多种工具来分析代码；

必须拥有一种（至少）常见的代码分析工具，以及一种注重安全实践的工具；

常见的（Java）代码分析工具：Sonarqube、PMD、SpotBugs；

常见的安全代码分析工具：Veracode、Checkmarx、Sonarqube；

你不需要遵循这些工具提供的所有标准规则（尽管通常这些标准都与行业建议一致），可以根据实际情况选出适合自己的规则。
测试

需要考虑的关键事项：

执行各个级别的自动化测试：单元测试、集成测试、组件测试、API测试、端到端测试等；

除了正面测试之外，还需要关注负面测试以及边界测试，CATS 是一款优秀的 API 测试工具；

不要忽视失败的测试，即使是间歇性失败的测试，其中可能隐藏了严重的潜在问题；

测试必须具有弹性，而且必须充分；

测试必须使用类似且可预测的方法；

测试不得依赖于复杂的外部设置，必须能够通过模拟依赖项、使用内存设置来完成测试，或采用测试容器，或仅依赖于已部署的（微）服务。任何其他步骤只会使设置更加复杂化；

考虑在管道内添加一些安全测试；

考虑突变测试。
CI/CD

需要考虑的关键事项：

在重要的环节添加质量检测，并作为检查点，如果检测失败，则构建也会失败；

质量检测必须符合这些标准，并自动检查每个（微）服务；

下面是一个 CI/CD 管道示例：

编译和构建；

检查格式；

运行测试并检查覆盖率；

运行突变测试；

运行代码分析；

运行安全代码分析；

检查第三方库的漏洞；

检查第三方库的许可；

部署；

运行 API 测试；

运行其他类型的测试。

虽然看上去很冗长，但在微服务上运行这些检查非常快；

编写自己的流水线脚本；

不要将流水线与（微）服务融合到一起；

使用适合于所有（微）服务的流水线模板。
认证和授权

需要考虑的关键事项：

不要自行构建身份验证和授权，请使用标准的产品和服务；

所有内部与外部API都需要身份认证，选择一些可靠的认证服务；

外部和内部调用需要使用单独的身份验证和授权机制：使用一组凭据/机制来验证外部调用，再使用另一组单独的凭据/机制来验证内部调用；

凭据始终需要加密，无论是否投入了使用；

所有API（无论内部还是外部）都需要使用 HTTPS；

不要通过 HTTP GET 接收身份验证凭据，仅使用 HTTP 头部或 HTTP POST/PUT；

即使在调试时也不能记录凭据，通过日志记录的catch all来避免记录凭据；

确保授权和身份验证机制允许细粒度的控制和管理，即可以限制每个操作的调用次数、撤销访问、颁发额外的凭据等；

考虑使用集中式身份提供程序和公共库；

对于高度敏感的 API/服务使用增强的安全控制（API 的双向 TLS，服务访问的 MFA）；

使用随机数来防止重放攻击；

设计和构建采用最低特权原则。
通用安全实践

需要考虑的关键事项：

永远不要使用自己的加密程序，不要在这个空间内重新发明轮子；

使用行业推荐算法：AES 256、RSA 2048 、SHA-2 512等；

使用 TLS 1.3 来保证传输安全；

在执行敏感数据的加密或散列操作时，必须“加盐”和/或“加胡椒”，以防止暴力攻击；

检查编程语言处理敏感信息的实践，例如在 Java 中，在处理密码、银行卡号、社会保险号时，必须使用 byte，不能使用 String。必须尽量减少数据在内存中停留的时间并在使用后清除对象。
质量

如上所述，系统生命周期的标准和实践并不一定会直接关系到安全。质量方面也有这个问题。当前的设计和方法缺陷可能会导致应用程序宕机，即便并不是由真正的安全问题引起的。

关于性能，需要考虑的关键事项：

对于昂贵的资源，比如数据库、API等，应该使用连接池；

使用线程池；

使用缓存；

操作数据时使用适当的集合；

如果可以，请使用并行编程；

确保你了解对象关系映射（ORM）如何生成查询；

避免将大量资源加载到内存，请使用数据流；

建立每个（微）服务实例的性能基准，帮助你了解何时需要扩展；

定期执行负载测试与性能测试。

关于弹性，需要考虑的关键事项：

使用断路器、重试、超时、速率限制；

当依赖的 API 不可用时有明确的回退策略；

关于弹性的资源：

https://engineering.grab.com/designing-resilient-systems-part-1

https://engineering.grab.com/designing-resilient-systems-part-2

所有 API 都必须具备幂等性；

不要在（微）服务实例中存储状态，可以考虑使用分布式缓存。

关于可用性和可扩展性，需要考虑的关键事项：

设计不应当限制（微）服务的水平扩展；

做好故障计划，建立自动化的机制，根据负载水平自动伸缩；

考虑分片，只读副本；

使用多区域部署。

关于可观察性和监控，需要考虑的关键事项：

所有（微）服务都必须公开有关应用程序以及底层容器的健康端点；

健康端点必须返回有关其所有依赖项的信息：数据库、加密服务、连接的 API、事件总线等。

利用标准化日志创建有意义的操作仪表板。
自动化

一切都应尽可能实现自动化。自动化可以确保预测性和一致性。应该利用 CI/CD 流水线自动化所有检查，这些检查将从质量的角度评估（微）服务。对于不适合自动化的标准，可以考虑 Semgrep 等工具。

总结
在本文中，我尽可能地列出了方方面面的实践建议。虽然这不是一份详尽的攻略，但可以作为建立安全思维模式的起点。在贯彻完成这些实践后，你可以进一步深入的研究。这些实践不仅可以确保系统安全，而且还具备结构化与统一性。在快速开发系统（无论是开发全新的系统还是改造遗留系统）时，这些实践尤为重要。你不需要从第一天开始就贯彻所有实践，特别是过多的通用标准会限制你的选择。你可以逐步尝试，然后看看效果。

原文链接：https://ludovicianul.github.io/2021/07/06/incomplete-list-of-security/

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