我的笔记

在正式网络内实现“零 appid 测试”、防设备伪造与测试数据不可迁移的完整方案

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适用场景：整机交付、每应用唯一 appid、接口与设备/应用强绑定；设备处在正式网络/已授权环境，但仍需无 appid 的测试体验，且绝不把测试数据带入证书（生产）环境。

1. 目标与边界

  • 无需输入 appid 即可跑通“测试流”。
  • 强抗设备伪造：拒绝 deviceId 冒用、模拟器/二次打包。
  • 测试与生产双隔离：鉴权、能力、数据面三道栅栏。
  • 测试数据天然易失、到期自毁，物理+逻辑双保险，不能迁入生产。
  • 支持高并发压测与观察性建设。

2. 术语

  • KeyChain 身份钥（ID key）：系统凭据库中的长期身份密钥，可跨卸载保留（用户不手动清除时）。
  • Keystore 会话钥（KS key）：Android Keystore/KeyMint 生成的短期密钥，配合 Key Attestation/Play Integrity 做持有性证明（PoP）。
  • PoP：Proof-of-Possession，服务器随机挑战 + 客户端签名回应。
  • AEAD：SM4-GCM/CCM 等带完整性校验的对称加密模式。
  • PPT（Pre-Prod Token）：预生产令牌，stage=preprod，仅测试白名单能力。
  • Poison bit：测试数据毒丸位，生产路径硬拒绝。

3. 总体架构

flowchart LR
  A[App] -->|/preprod/challenge| B[Auth Service]
  A -->|Sig_ID & Sig_KS| B
  B -->|issue PPT / stage=preprod| A
  A -->|call with PPT| C[API Gateway]
  C -->|PreProdAuth| D[Test store（Redis/UNLOGGED）]
  C -->|ProdAuth + appid| E[Prod DB]
  C -.->|fuse| B
  • 同一网关可同时承载生产与预生产；通过令牌语义区分。
  • PreProdAuth 强制路由到测试数据面；ProdAuth 仅在 stage=prod + appid 绑定 时放行。

4. 设备伪造对抗：KeyChain + Keystore + PoP

注册/绑定（或重装后重新绑定）

  1. /preprod/challenge 返回一次性 nonce。
  2. 客户端：
    • 选择/生成 KeyChain 身份钥 得到 ID_pub；
    • 生成 Keystore 会话钥 得到 KS_pub，并取 Attestation（把 nonce 放入挑战字段）；
    • 用 ID 私钥签名 hash(nonce || KS_pub || app_pkg || device_fp) 得 Sig_ID；
  3. 服务器验证 Attestation → 验证 Sig_ID → 记录 (ID_pub_fp, KS_pub_fp, app_pkg, device_fp) 绑定。

调用时 PoP

  • 每次 /preprod/token 与关键接口 /prove：同时携带 Sig_ID（长期身份）与 Sig_KS（实时环境）。
  • 二者皆验通过才签发/放行。

5. 令牌设计：PPT（在正式网络内的受控测试）

  • 签发端使用独立 kid=pp-key，与生产 kid=prod-key 分离。
  • 载荷示例：
{
  "iss": "auth", "aud": "api", "sub": "device:<fp>",
  "stage": "preprod",
  "app_pkg": "com.xxx.yyy", "app_sig": "<cert-digest>",
  "caps": ["cfg.read","encrypt.demo","status.ping"],
  "tenant": "TST::<device-fp>",
  "cnf": {"jwk":"<KS_pub_fingerprint>"},
  "iat": 1730358000, "exp": 1730360
}
  • 不含 appid；stage=preprod 必须存在；tenant 由服务器强制设定。

6. 网关与服务执法

PreProdAuth（测试流）

  • 只接受 kid=pp-key 且 stage=preprod。
  • 校验 caps 白名单；在 DAO 层强制 tenant="TST::<...>"。
  • 写操作永远路由到测试易失面（见 §7）。

ProdAuth（生产流）

  • 只接受 kid=prod-key 且 stage=prod。
  • 必须携带 appid，且 (device, appid) 有绑定关系；才路由到生产库。

保险丝（Fuse）

  • 当设备完成 appid 绑定/正式上线，写 fuse_preprod_disabled=true：
    • /preprod/challenge|token → 403 SBX_FUSED；
    • 客户端转走生产流。

7. 测试数据：易失性+不可迁移

7.1 易失存储（推荐 Redis on tmpfs）

  • 独立 Redis，关闭持久化：
# redis.conf (preprod)
save ""
appendonly no
maxmemory 8gb
maxmemory-policy allkeys-lru
  • Key 形如：preprod:<pkg>:<device-fp>:<uuid>，所有写入带 TTL（SETEX/EXPIRE）。
  • 可选：PostgreSQL UNLOGGED/临时表 + 分区 DROP PARTITION。

7.2 阶段密钥 + AAD 绑定（Stage-Sealed Envelope）

  • KMS 中两套主密钥：K_MASTER_PROD、K_MASTER_PREPROD。
  • 预生产密钥短周期轮换，内存驻留：K_PREPROD_EPOCH = HKDF(K_MASTER_PREPROD, "preprod-epoch" || epoch_ts)。
  • 使用 SM4-GCM；AAD 含：stage="preprod", poison=1, app_pkg, app_sig, epoch, schema_ver。
  • 信封示例：
{
  "hdr": {"stage":"preprod","poison":1,"app_pkg":"...","app_sig":"...","epoch":1730358000,"schema_ver":3},
  "iv":"...","ct":"...","tag":"..."
}
  • 生产路径：只接受 stage=prod 且 poison=0，否则直接拒绝，不尝试解密。

7.3 逻辑衰减与到期自毁

  • T0 写入：poison=1；采用预生产密钥与 AAD 绑定。
  • T0+30m：后台 Shredder 裁剪大字段/脱敏（保持可诊断，破坏可迁移性）。
  • T0+TTL（如 24h）：预生产 epoch 密钥销毁 + Redis TTL 清理；双保险。

8. 压测方案（k6/Vegeta）

  • 切断外部依赖：Attestation/Integrity 走 MOCK 实现，保留结构解析开销。
  • 预置 N 组“设备夹具”（ID_pub/KS_pub、假 attestation、预签名/服务端模拟签名）。
  • 负载形态：阶梯、突刺、长稳；观测 p99/p999、失败分类、签名验证耗时。

k6 脚本骨架

import http from 'k6/http'; import { check, sleep } from 'k6';
export const options = { stages:[{duration:'30s',target:200},{duration:'2m',target:200},{duration:'30s',target:1000},{duration:'3m',target:1000},{duration:'30s',target:0}] };
export default function() {
  let c = http.post(__ENV.BASE+'/preprod/challenge', '{}', { headers: {'Content-Type':'application/json'} });
  let obj = c.json(); let nonce = obj.nonce, session_id = obj.session_id;
  // 这里使用预签名/服务端模拟签名
  let res = http.post(__ENV.BASE+'/prove', JSON.stringify({ session_id, ctx:'deadbeef', sig_id:'...', sig_ks:'...' }), { headers: {'Content-Type':'application/json'} });
  check(res, { 'prove 200': r => r.status===200 }); sleep(Math.random()*0.2);
}

Vegeta（热路径）

echo 'POST https://api.example.com/prove
Content-Type: application/json
 
{"session_id":"...","ctx":"...","sig_id":"...","sig_ks":"..."}' | vegeta attack -duration=2m -rate=2000 | vegeta report

9. 关键代码片段

Go：鉴权中间件

func PreProdAuth(next http.Handler) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w,r *http.Request){
    tok, err := parseJWT(r, keySetPP)
    if err != nil || tok.Claim("stage") != "preprod" { deny(w,401); return }
    if fuseDisabled(tok.Subject) { denyMsg(w,403,"SBX_FUSED"); return }
    if !capsAllowed(tok, r.URL.Path) { deny(w,403); return }
    ctx := withTenant(r.Context(), "TST::"+deviceFP(tok.Subject))
    next.ServeHTTP(w.WithContext(ctx), r)
  })
}
 
func ProdAuth(next http.Handler) http.Handler {
  return http.HandlerFunc(func(w,r *http.Request){
    tok, err := parseJWT(r, keySetProd)
    if err != nil || tok.Claim("stage") != "prod" { deny(w,401); return }
    appid := r.Header.Get("X-App-Id")
    if !bindingExists(tok.Subject, appid) { deny(w,403); return }
    next.ServeHTTP(w, r)
  })
}

Java：SM4-GCM 验证

Cipher c = Cipher.getInstance("SM4/GCM/NoPadding","BC");
GCMParameterSpec spec = new GCMParameterSpec(128, iv);
c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(k, "SM4"), spec);
c.updateAAD(aad); c.doFinal(ct_and_tag); // 通过即密钥/参数正确

Go：预生产密钥轮换（伪代码）

func derivePreprod(now time.Time) {
  for _, e := range epochsAround(now, 4) {
    keys[e] = HKDF(K_MASTER_PREPROD, []byte("preprod-epoch|"+e.String()))
  }
  purgeOldEpochs()
}

10. 运维与安全要点

  • PPT 短 TTL（10–30 分钟）、限流与并发上限；cap 最小授权。
  • 影子/干跑策略：预生产写操作默认 dry-run 或落影子表/队列。
  • 审计：所有 stage=preprod 写操作进入独立审计表，promote 生成差异报告。
  • 保险丝：一旦上线，永久禁止 /preprod/*；客户端隐藏测试入口。

11. FAQ

  • 能否完全离线测试？ 可提供离线 PPT（自签根 TEST-ROOT）仅打内环接口；一旦上线即删除根证书并吹掉 fuse。
  • 没有 KeyChain 时怎么办？ 企业设备用 DPM 安装密钥；普通设备引导用户在“加密与凭据”手工导入 PKCS#12；或退化仅 Keystore + Integrity。
  • 历史 SM4 密文如何判断来源？ 无 MAC/Tag 难以证明。自现在起采用 AEAD 或“加密后再 MAC”，并把 AAD 绑定设备/阶段。

12. 落地清单

  • 网关：PreProdAuth/ProdAuth 中间件、kid 区分、caps 白名单。
  • Auth：/preprod/challenge|token、PPT 签发、PoP 验证、保险丝。
  • DAO：preprod 强制路由到 Redis/UNLOGGED；生产严格拒绝 poison=1。
  • KMS：K_MASTER_PROD/K_MASTER_PREPROD 管理与轮换；epoch 内存键派生。
  • 后台任务：Shredder 衰减、TTL 守护、epoch 键清理。
  • 压测：设备夹具与 MOCK 验证、k6/Vegeta 脚本、指标与告警。

关系图谱