apisix高性能网关实现一机一密

2024-10-29 本文已影响0人 ERDOnline

基于 APISIX 的一机一密实现方案

概述

基于 Apache APISIX 网关的一机一密实现方案，通过自主开发的自定义插件实现设备级别的密钥管理和加密通信。本方案通过扩展 APISIX 的插件机制，实现高可用、可扩展的 API 安全防护。

本方案的主要特点：

完全自主开发的插件，可定制化程度高
支持设备级别的密钥隔离
灵活的密钥生命周期管理
可配置的加密策略
高性能的数据处理
完整的监控和告警机制

自定义插件架构

2.1 插件开发概述
本方案包含两个自主开发的 APISIX 自定义插件，通过 APISIX 的插件开发框架实现：

device-secret: 自定义设备认证和密钥管理插件
- 优先级: 2600
- 执行阶段: rewrite, header_filter, body_filter
- 职责: 设备指纹验证、密钥生成和管理
- 开发语言: Lua
- 插件类型: 认证类
- 依赖服务: Redis
payload-crypto: 自定义请求响应加解密插件
- 优先级: 2500
- 执行阶段: rewrite, header_filter, body_filter
- 职责: 数据加密解密、密文传输处理
- 开发语言: Lua
- 插件类型: 数据处理类
- 依赖模块: lua-resty-crypto

2.2 插件交互流程

sequenceDiagram
    participant Client
    participant APISIX
    participant device-secret
    participant payload-crypto
    participant Backend

    Client->>APISIX: 发送请求
    APISIX->>device-secret: 设备认证
    device-secret->>Redis: 获取/更新密钥
    device-secret-->>APISIX: 认证结果
    APISIX->>payload-crypto: 数据解密
    payload-crypto-->>APISIX: 解密结果
    APISIX->>Backend: 转发请求

交换秘钥

接口加密

核心功能实现

3.1 设备认证 (device-secret)

基于 APISIX ctx 上下文管理设备信息
- 设备标识符生成规则
- 设备状态管理
- 会话信息缓存
使用 Redis 存储设备密钥
- 密钥格式: device:{id}:secret
- 数据结构: Hash
- 字段设计: secret, created_at, expires_at
支持密钥自动续期
- 续期触发条件
- 续期策略配置
- 过期处理机制
设备指纹验证
- 硬件信息采集
- 指纹算法实现
- 防重放机制

3.2 数据加密 (payload-crypto)

AES-256-CBC 加密模式
- 密钥派生函数
- IV 生成策略
- 填充方案
动态 IV 生成
- 随机性保证
- IV 传输方案
分块加密支持
- 块大小配置
- 流式处理
- 内存优化
加密标记头
- 版本标识
- 算法标识
- 元数据设计

APISIX 路由配置

4.1 插件启用配置示例

routes:
  - uri: /api/*
    plugins:
      device-secret:
        redis_host: "redis"
        redis_port: 6379
        redis_database: 0
        key_expire_time: 86400
        device_header: "X-Device-ID"
        secret_header: "X-Device-Secret"
        auto_renew: true
        renew_threshold: 3600
      
      payload-crypto:
        encrypt_response: true
        encrypt_request: true
        algorithm: "aes-256-cbc"
        block_size: 16384
        iv_header: "X-Crypto-IV"
        error_status: 400

数据流转过程

5.1 请求处理详细流程

APISIX 接收请求
- 解析请求头部
- 提取设备信息
- 初始化上下文
device-secret 插件验证设备
- 验证设备指纹
- 检查密钥有效性
- 更新设备状态
payload-crypto 插件解密数据
- 提取加密参数
- 执行解密操作
- 验证数据完整性
转发到上游服务
- 重组请求体
- 添加内部头部
- 执行负载均衡

// ... (继续补充后续章节)

插件开发说明

6.1 自定义插件开发环境

APISIX 版本要求: 3.x
开发语言: Lua
依赖模块:
- lua-resty-redis
- lua-resty-crypto
- lua-resty-http
- lua-resty-jwt
测试框架: Test::Nginx
开发工具:
- LuaRocks
- OpenResty
- Docker

6.2 device-secret 插件（自研）

-- 插件位置: /apisix/plugins/device-secret.lua
local plugin_name = "device-secret"

local schema = {
    type = "object",
    properties = {
        redis_host = {type = "string"},
        redis_port = {type = "integer"},
        key_expire_time = {type = "integer", minimum = 60},
        -- 其他配置项...
    },
    required = {"redis_host", "redis_port"}
}

local _M = {
    version = 0.1,
    priority = 2600,
    name = plugin_name,
    schema = schema
}

-- 核心方法示例
function _M.rewrite(conf, ctx)
    -- 设备认证逻辑
end

return _M

6.3 payload-crypto 插件（自研）

-- 插件位置: /apisix/plugins/payload-crypto.lua
local plugin_name = "payload-crypto"

local schema = {
    type = "object",
    properties = {
        encrypt_response = {type = "boolean", default = true},
        encrypt_request = {type = "boolean", default = true},
        algorithm = {type = "string", enum = {"aes-256-cbc"}},
        -- 其他配置项...
    }
}

local _M = {
    version = 0.1,
    priority = 2500,
    name = plugin_name,
    schema = schema
}

-- 核心方法示例
function _M.rewrite(conf, ctx)
    -- 加解密逻辑
end

return _M

性能优化

7.1 APISIX 层面

使用 ctx 缓存设备信息
- 减少 Redis 访问频率
- 优化内存使用
- 合理设置缓存时间
复用 Redis 连接
- 连接池配置
- 心跳检测
- 自动重连机制
优化插件执行顺序
- 合理设置优先级
- 避免重复操作
- 减少上下文切换
启用 APISIX 内置缓存
- 路由缓存
- DNS 缓存
- 配置缓存

7.2 插件层面

密钥缓存机制
- 本地缓存策略
- 缓存失效策略
- 并发控制
加密算法优化
- 预分配内存
- 批量处理
- 异步处理
分块处理优化
- 动态块大小
- 流式处理
- 内存复用
错误快速返回
- 参数预检
- 异常处理
- 降级策略

监控与维护

8.1 APISIX 监控指标

插件执行耗时

apisix_plugin_latency_ms{plugin="device-secret"} 
apisix_plugin_latency_ms{plugin="payload-crypto"}

请求处理延迟
```
apisix_http_latency_ms{type="request"}
```

错误率统计

apisix_plugin_error_total{plugin="device-secret"}
apisix_plugin_error_total{plugin="payload-crypto"}

QPS 监控

apisix_http_requests_total{route="device_auth"}

8.2 插件监控告警

密钥交换成功率
- 阈值设置: < 95% 告警
- 监控周期: 5分钟
- 告警级别: P2
加解密性能
- 延迟阈值: > 100ms 告警
- CPU 使用率: > 80% 告警
- 内存使用: > 90% 告警
Redis 连接状态
- 连接失败率: > 1% 告警
- 响应延迟: > 50ms 告警
- 连接池使用率: > 80% 告警
设备认证统计
- 认证失败率: > 5% 告警
- 并发认证数: > 1000 告警
- 异常设备数: > 100 告警

安全建议

9.1 APISIX 安全配置

启用 SSL 终止

ssl:
  cert: /path/to/cert.pem
  key: /path/to/key.pem
  protocols: ["TLSv1.2", "TLSv1.3"]
  ciphers: "ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256"

配置访问控制

plugins:
  ip-restriction:
    whitelist:
      - "10.0.0.0/8"
  limit-req:
    rate: 100
    burst: 50

启用限流插件
配置错误处理

9.2 插件安全配置

密钥管理
- 密钥轮换周期: 24小时
- 密钥长度: 256位
- 存储加密: AES-GCM
访问控制
- 设备白名单
- 接口权限
- 请求频率限制
审计日志
- 操作记录
- 异常记录
- 安全事件

注意事项

10.1 开发注意事项

确保插件优先级正确设置
注意内存使用和垃圾回收
处理所有可能的异常情况
避免阻塞操作影响性能

10.2 运维注意事项

监控 Redis 性能和容量
定期检查日志和告警
及时更新插件版本
做好容灾和备份

10.3 安全注意事项

定期进行安全审计
及时修复安全漏洞
做好密钥管理
防范常见攻击

插件维护

11.1 版本管理

版本号规范
- 主版本号: 不兼容的API修改
- 次版本号: 向下兼容的功能性新增
- 修订号

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