软件产品许可证书 Licence 全流程研发(使用非对称加密技术,既安全又简单)

本篇博客对应的代码地址:

Gitee 仓库地址:https://gitee.com/biandanLoveyou/licence

源代码百度网盘链接: https://pan.baidu.com/s/1_ZhdcENcrk2ZuL11hWDLTQ?pwd=bmxi 提取码: bmxi

1、背景介绍

公司是做软件 SAAS 服务的,一般来说软件部署有以下几种常见的模式:

1、自己研发和部署到自己的云服务器,然后有偿提供账号给客户使用。代码开发和服务运维都是本公司自己的,客户不需要关心软件的事情。这种模式只需要对提供的账号做权限管控就行。这种模式一般适用于客户没有自己的研发团队,或者客户的研发团队不涉及该领域。

2、自己研发,但是需要部署到客户的云服务器或者私有化服务器,但是不交付源代码。这种模式有一个需要考虑的点:一旦部署到客户的云服务器或者私有化服务器,系统就变得不好管控或者说失去了控制。体现在:一旦过了合同有效期,想停掉运行在客户服务器的系统,那就变得很困难,或者对方不配合,或者对方也可以找运维人员自启动(本文先不考虑客户拿到 jar 包反编译源代码的情况,如果合同有代码协议的约束,那就是违法的)。本篇博客主要针对这种模式做 Licence 研发,让私有化部署的系统变得可管控

3、自己研发,帮助客户部署到指定服务器,并且交付源代码。

2、研发思路

2.1 不可行的方案

1、合同约束或者口头约束。一般来说,两家公司不合作之后,基本上关系就变得冷淡或者陌路,跟你在一家公司离职的情况差不多。想要口头约束客户别用你们之前的系统,几乎不可能,只要还能用,客户也会偷偷用,实在用不了才会考虑替代方案,这是人之常情。

2、把“能用”和“不能用”的控制逻辑放在数据库或者配置文件中。这种方案也不太行,懂一点技术人会顺藤摸瓜,把他们的数据库或者配置文件看一下,哪些是重要信息,修改一下,就能继续用了。

因此,我们需要考虑一个万全之策,既能做到系统的管控,又能做到后期的简单维护。那就是把控制逻辑嵌入到代码中(本文先不考虑客户拿到 jar 包反编译源代码的情况,如果合同有代码协议的约束,那就是违法的)

2.2 什么是证书?

证书相当于一个许可证,各行各业都有自己的标准和形式。

  • 你毕业了,能拿到毕业证书,这是对你学历的证明。
  • 你要出国,要办理护照,这是你合法入镜的证明。
  • 你要去香港、澳门,要办理港澳通行证。
  • 你要结婚,去民政局办理结婚证书。等等

软件行业的证书也是因情况而定,可以根据公司的发展来制定属于你们公司的证书。最终解释权都属于你们公司,只要你们公司认可,那就是有效。

2.3 使用证书的方案

思路如下:

管理后台生成证书 —> 编写证书的校验逻辑并打成 jar 包 —> 把 jar 包嵌入到私有化部署的代码中 —> 考虑证书到期的时候可以方便替换(且无需重启服务) —> 考虑证书到期前的提醒

我们可以用学过的技术,把证书的方案落地。核心技术采用【非对称加密+拦截器】,旨在“让天下没有难写的代码”。

不懂非对称加密?查看我的博客:使用 Java 原生或 Hutool 工具包编写非对称加解密的工具类-CSDN博客

3、代码实现

3.1 代码结构

说明:

  1. certificate:这是存放证书的目录,在开发阶段我们方便去做演示。如果实际应用,要考虑 Linux 环境和 docker 环境(需要考虑挂载)。后续如果更换证书,直接用新证书替换旧的证书即可,无需重启服务,对业务没有任何影响
  2. client:简单的测试客户端,代码只有几行。
  3. client-offline:私有化部署时的客户端,需要把 core 包打进去,代码也是几行,做演示
  4. core:证书的核心校验包(重点)
  5. server:管理后台或者用于生成证书的服务,一般是业务系统的管理平台。

3.2 管理后台(服务端)代码实现

管理后台代码结构:

3.2.1 证书模型介绍

证书的模型(实体)我们写在 LicenceEntity 这个实体类,核心字段如下:

public class LicenceEntity implements Serializable {private static final long serialVersionUID = -4048081970386334457L;/*** 证书 ID*/private String licenceId;/*** 证书名称*/private String licenceName;/*** 客户端机器的网卡物理地址*/private String mac;/*** 秘钥(指的是公钥)*/private String key;/*** 证书生效开始日期,格式:yyyy-MM-dd*/private String effectStartDate;/*** 证书生效结束日期,格式:yyyy-MM-dd*/private String effectEndDate;/*** 颁发证书联系人*/private String contactName;/*** 颁发证书人的联系方式*/private String contactWay;/*** 证书所有者*/private String owner;/*** 加密的内容。这个字段是将其它字段加密后的完整内容*/private String content;}

说明

1、mac:这是客户端的网卡物理地址,每台机器的物理地址都不一样,基本上可以保证你们公司服务的客户是唯一的。这个 mac 地址,一般是负责部署的人员去获取,或者让客户自己提供。这个字段的意义在于:如果你们公司要进行严格的证书校验,必须是一个证书只允许在一台服务器上使用,那这个字段就显得非常重要。当然,你可以换成自己喜欢的字段名。

2、effectStartDate、effectEndDate:证书的生效起止时间字段。这两个字段是证书的核心字段,用来判断证书是否在有效期内。

3、key:公钥。根据非对称加密的内容,我们需要把公钥对外,客户端拿到公钥后,可以解密我们用私钥加密的内容。

4、content:证书数据的加密内容。这个字段,是把证书实体转成 JSON 字符串后,再进行非对称加密后的数据。为什么要有这个字段呢?考虑的因素是:①充分利用了非对称加解密的技术,私钥加密的内容只允许公钥解密。如果这个数据被篡改,证书就失效。②其它字段的明文,比如:证书的生效起止时间、证书的联系人等,方便客户拿到证书后,直观的看到这些信息。

5、以上证书的字段,可以根据自己的业务需要去拓展。但是核心的几个字段,最好能保留。

3.2.2 核心实现类

管理后台的核心,就是准确的生成证书文件 licence.txt,核心代码如下:

package com.study.service.impl;import com.study.constant.CommonKeys;
import com.study.entity.LicenceEntity;
import com.study.service.LicenceService;
import com.study.util.LicenceJsonUtil;
import com.study.util.NativeSecurityUtil;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.beans.BeanUtils;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.util.StringUtils;import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;/*** @author CSDN 流放深圳* @description 证书生成核心实现类* @create 2024-04-13 15:55* @since 1.0.0*/
@Service
public class LicenceServiceImpl implements LicenceService {private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(LicenceServiceImpl.class);/*** 获取配置文件的私钥*/@Value("${licence.privateKey}")private String privateKey;/*** 获取配置文件的公钥*/@Value("${licence.publicKey}")private String publicKey;/*** 创建证书 licence 内容* @param dtoEntity* @return*/@Overridepublic LicenceEntity createLicence(LicenceEntity dtoEntity) {LicenceEntity entity = new LicenceEntity();//赋值相同属性BeanUtils.copyProperties(dtoEntity, entity);//content 和 key 需要额外处理if(StringUtils.isEmpty(privateKey) || StringUtils.isEmpty(publicKey)) return null;entity.setKey(publicKey);//把公钥放进去,否则客户端无法获取公钥,就无法解密//把实体转成字符串String json = LicenceJsonUtil.objectToStr(entity);//把整个字符串加密String content = NativeSecurityUtil.encryptByPrivateKey(json, privateKey);//把加密后的字符串赋值给 contententity.setContent(content);return entity;}/*** 下载证书文件* @param dtoEntity* @param response*/@Overridepublic void downLoadLicence(LicenceEntity dtoEntity, HttpServletResponse response) {LicenceEntity licenceEntity = createLicence(dtoEntity);if(null == licenceEntity){log.error("证书的秘钥未配置!");return;}//把实体转为字符串String result = LicenceJsonUtil.objectToStr(licenceEntity);BufferedOutputStream out = null;try {//证书文件名String fileName = CommonKeys.CERTIFICATE_FILE;response.setContentType("application/octet-stream");response.setHeader("Content-Disposition", "attachment; filename=\"" + fileName + "\"");response.setCharacterEncoding("UTF-8");out = new BufferedOutputStream(response.getOutputStream());out.write(result.getBytes("UTF-8"));out.flush();} catch (IOException e) {log.error(e.getMessage(), e);} finally {try {if (out != null) {out.close();}} catch (Exception e) {log.error(e.getMessage(), e);}}//TODO 另外可以保存一份到指定目录下,方便测试(这是使用异步的形式)。上线的时候记得注释掉saveLicenceToCertificate(result);}/*** 异步保存证书文件到指定目录* @param result*/@Asyncpublic void saveLicenceToCertificate(String result){try{// 创建证书目录(如果尚未创建)Path directory = Paths.get(CommonKeys.CERTIFICATE_DIRECTORY);Files.createDirectories(directory);// 构建证书文件的完整路径Path filePath = directory.resolve(CommonKeys.CERTIFICATE_FILE);// 检查文件是否存在,存在则删掉Files.deleteIfExists(filePath);//创建文件(如果文件已经存在,此步骤可能会抛出 FileAlreadyExistsException)Files.createFile(filePath);//写入内容到文件,使用 StandardOpenOption.APPEND 可以追加内容而不是覆盖Files.write(filePath, result.getBytes("UTF-8"), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING);}catch (Exception e){log.error(e.getMessage(), e);}}}

说明:

1、我们采用私钥加密的方式,把实体转为 JSON 字符串加密后赋值给 content 字段。

2、对外暴露公钥,用于给客户端拿到证书后,通过公钥解密出 content,然后做校验。

3.2.3 业务层

案例中的业务层 ServerController 比较简单,可以根据实际业务中去拓展,这里只做了模拟数据:

package com.study.controller;import com.study.entity.LicenceEntity;
import com.study.service.LicenceService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.util.UUID;/*** @author CSDN 流放深圳* @description 控制层* @create 2024-04-13 15:55* @since 1.0.0*/
@RestController
@RequestMapping("/server/licence")
public class ServerController {@Autowiredprivate LicenceService licenceService;/*** 下载证书文件* 实际项目可以根据前端传递的参数来创建证书字段属性。这里为了测试,直接写测试数据* @param response*/@PostMapping("/downLoadLicence")public void downLoadLicence(HttpServletResponse response){LicenceEntity dtoEntity = createEntity();licenceService.downLoadLicence(dtoEntity, response);}/*** 创建测试实体* @return*/private LicenceEntity createEntity(){LicenceEntity entity = new LicenceEntity();entity.setLicenceId(UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", ""));//证书 IDentity.setLicenceName("我的 Licence 证书");//证书名称entity.setMac("");//客户端机器的网卡物理地址,要么留空,要么输入客户端的 Mac 地址entity.setEffectStartDate("2024-04-15");//证书生效开始日期,格式:yyyy-MM-ddentity.setEffectEndDate("2025-04-15");//证书生效结束日期,格式:yyyy-MM-ddentity.setContactName("CSDN 流放深圳");//联系人entity.setContactWay("https://blog.csdn.net/BiandanLoveyou");//联系方式entity.setOwner("CSDN 流放深圳");//证书所有者return entity;}}

说明:

1、管理后台的业务流程一般是先生成证书文件,然后把证书文件下载,给到客户端。

2、如果需要严格的校验一个证书对应一台服务器,那就需要赋值 mac 字段

3、其它字段可以按需赋值

更多具体详情,请查看源代码。

3.3 证书校验核心 Jar 代码实现

代码结构:

代码说明:

1、CheckLicence:证书注解类。一般来说,都是全部的接口都要校验证书是否有效,但是在一些场景下,只需要一部分接口校验证书是否有效,比如:可以让客户使用基础的功能,如果涉及到核心的功能,就需要证书授权。在业务层(Controller)加了这个注解,表示该方法需要校验证书是否有效。当然,还可以通过 yml 配置文件来配置是否全量校验证书。详细看代码。

2、DirectoryInitializer:初始化证书的目录。在项目启动后,会在项目下创建用来存放证书文件的目录,方便程序去找到证书文件来解析。

3、LicenceInterceptor:web拦截器。在请求进入业务层(Controller)做一个前置的拦截,用来判断证书是否有效,有效才放行。

4、LicenceWebConfig:WebMVC配置类,用来配置 LicenceInterceptor 拦截器。拦截所有的请求。

5、CommonKeys:定义常量类。

6、LicenceEntity:证书模型实体类。与管理后台的模型字段保持一致。

7、LicenceEnum:证书校验信息枚举类。证书校验会有很多种类的异常,可以在这里统一定义。

8、LicenceExceptionAdvance:全局异常捕捉类。这是企业级开发基本会有的内容,这里只捕捉了运行时异常。而全局异常捕捉,应该交给外层去处理。

9、LicenceRuntimeException:运行时异常。用来给使用 jar 包的程序抛出运行时异常信息。

10、LicenceJob:证书校验的定时任务类。目前设定 10 分钟执行一次,判断证书是否有效,并把有效(或者无效)的信息放入到内存(LicenceInterceptor 拦截器使用)中。避免每次请求都去读取证书文件再判断,那样的话性能急剧降低。10分钟的频率还可以接受,如果要更换证书文件,最长的时间窗口就是等待 10 分钟。如果旧的证书还没过期,更换新的证书,那就没有等待期。

11、LicenceCheckServiceImpl:证书校验的核心实现类。详细看代码,备注齐全!

12、LicenceCheckService:证书校验的接口类。

13、CallResult:接口调用统一返回对象。

14、LicenceDateUtil:Java原生的日期处理工具类。

15、LicenceJsonUtil:Java原生的 JSON 工具类。

16、LicenceSecurityUtil:Java原生的非对称加、解密工具类。

17、MachineAddrUtil:Java原生的机器信息获取工具类。

说明:这里的工具类全部用 Java 原生的代码编写,主要是避免依赖第三方组件。如果依赖第三方组件,那就要把第三方组件的 Jar 包也打进来,就会导致“胖 Jar 包”,显得臃肿。一般来说,优秀的开源组件,都是“瘦 Jar 包”,自己封装 Java 原生的代码自己使用,极少引入第三方组件。

pom.xml

    <dependencies><!-- web支持,注意:请一定要在引入该 jar 包的主程序中增加 web 支持(2.x 以上的版本),否则拦截器将失效!! --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency></dependencies>

注意:

因为 core 核心包使用到 web 拦截器,所以需要 web 组件的依赖。本项目使用的是 SpringBoot 框架,如果是 SpringMVC 框架则不适用或者 SSH 框架则不适用。

在 core 的 pom 里加这个依赖,主要是提醒使用者,需要在外层的应用中有这个依赖。此依赖的版本要求是 SpringBoot 2.X 以上。

如果没有加这个依赖,core 的核心代码就会失效,也就是无法校验证书。

更多详情,想看代码。

3.4 客户端代码实现及注意事项

3.4.1 client 客户端

代码结构:

说明:

1、pom.xml 主要是使用 maven 的方式依赖了 core 包,这种方式一般是项目都在同一个父级中开发,直接使用 maven 坐标就可以找到 core 包。

    <dependencies><!-- core 包的依赖 --><dependency><groupId>com.study</groupId><artifactId>core</artifactId><version>1.0.0.RELEASE</version><scope>compile</scope></dependency></dependencies>

2、业务层只是简单校验是否可以访问。因为 core 里面使用了【拦截器】来校验证书,所以只需要一个 Controller 就可以测试证书的有效性了。

    @GetMapping("/hello")public CallResult hello() {return CallResult.success("证书验证通过!If you can see this message, it means your licence is effective.");}

3.4.2 client-offline

代码结构:

说明:

offline-client 跟 client 差不多。但是需要注意的是,离线版的客户端,需要我们把 core 包打好,复制到 resource 下的 lib 文件夹,然后作为第三方库加入进来使用。

offline-client 的 pom.xml 代码如下:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><parent><artifactId>licence</artifactId><groupId>com.study</groupId><version>1.0.0.RELEASE</version></parent><modelVersion>4.0.0</modelVersion><artifactId>client-offline</artifactId><properties><maven.compiler.source>8</maven.compiler.source><maven.compiler.target>8</maven.compiler.target></properties><dependencies><dependency><groupId>com.study</groupId><artifactId>core</artifactId><version>1.0.0.RELEASE</version><!-- 引用一个本地的 JAR 文件,而不是从 Maven 的中央仓库或其他远程仓库中获取 --><scope>system</scope><!-- 指定该 JAR 文件的路径 --><systemPath>${basedir}/src/main/resources/lib/core-1.0.0.RELEASE.jar</systemPath></dependency></dependencies><!-- 构建 --><build><plugins><!-- 打包插件 --><plugin><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId><!-- 把 scope 为 system 的包也打进来 --><configuration><includeSystemScope>true</includeSystemScope></configuration><executions><execution><goals><goal>repackage</goal></goals></execution></executions></plugin></plugins></build></project>

3.5 使用过程详解(保姆式)

3.5.1 启动管理后台,生成证书

启动好管理后台,使用 POST 方式调用接口(使用 Postman 或者 Apipost 工具都可以):

http://127.0.0.1:9000/server/licence/downLoadLicence

Apipost 测试结果(点击右边箭头处可以下载文档): 

另外,可以在项目下的 certificate 目录看到 licence.txt 证书文件

3.5.2 启动 client 客户端

可以看到项目启动后,就马上执行 core 包里的定时任务 LicenceJob 里面校验证书的方法。

访问接口:http://127.0.0.1:8000/client/licence/hello

证书校验通过。

3.5.3 处理  client-offline 客户端

client-offline 是通过导入 core 的 jar 包方式的,然后再通过 maven 坐标依赖进去,所以需要单独处理。

首先把 core 包打出来。在 IDEA 工具右侧 Maven,找到 core 包下的 package,双击:

结果:

去对应的目录下,找到该 jar 包:

把打好的 core-1.0.0.RELEASE.jar 复制出来,粘贴到 client-offline 的 resource 下的 lib 目录下。

这时候 pom.xml 里的配置就会读取到放在 resource 下的 lib 目录下的 jar 包。

启动 client-offline 服务:

 访问接口:http://127.0.0.1:8888/offline/hello

结果(中文乱码不要紧,测试而已):

至此,完整流程搞定。

剩下还有几个内容可以自己去验证:

1、mac 地址,验证一台机器是否对应一个 licence

2、验证证书的有效起止时间

3、@CheckLicence 注解的验证,看下非全量验证的情况下,加与不加 @CheckLicence 注解是否正常放行。

4、如果客户端不加 core 包必要的 web 依赖,证书验证是否生效

5、修改证书的部分内容(特别是 content)部分,并且等到下一个定时任务运行,看下证书的校验是否通过。

Gitee 仓库地址:https://gitee.com/biandanLoveyou/licence

源代码百度网盘链接: https://pan.baidu.com/s/1_ZhdcENcrk2ZuL11hWDLTQ?pwd=bmxi 提取码: bmxi

—  end —

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