面试题：Python的Flask构建RESTful API如何应对高并发及安全挑战

Question

假设你负责一个使用Flask构建的高并发RESTful API服务，该服务面临诸如DDoS攻击、数据泄露等安全威胁。请阐述你从架构设计、代码实现等层面，如何采取措施应对高并发情况，同时保障API的安全性，包括但不限于身份认证、授权、加密等方面的详细策略与技术选型。

Answer 1

架构设计层面

1. 负载均衡：
   • 选型：使用Nginx或HAProxy等负载均衡器。Nginx性能出色，可处理大量并发连接，同时支持HTTP、HTTPS等多种协议。HAProxy则在TCP和HTTP层面都有良好的负载均衡能力。
   • 策略：将流量均匀分配到多个后端服务器实例上，避免单个服务器因高并发而崩溃。可以采用轮询、加权轮询、IP哈希等负载均衡算法。
2. 缓存机制：
   • 选型：选用Redis作为缓存服务器。Redis基于内存存储，读写速度极快，支持多种数据结构，能有效减轻数据库压力。
   • 策略：对频繁访问且不经常变化的数据进行缓存，如一些配置信息、热门的API响应结果等。设置合理的缓存过期时间，确保数据的一致性。
3. 分布式架构：
   • 选型：采用微服务架构，将不同功能模块拆分为独立的微服务，通过诸如Kubernetes等容器编排工具进行管理。
   • 策略：每个微服务独立部署和扩展，可根据业务需求灵活调整资源分配，提高系统的可扩展性和容错性。同时，通过服务注册与发现机制（如Consul、Eureka）实现微服务之间的通信。

代码实现层面

1. 身份认证：
   • 选型：使用JSON Web Tokens（JWT）。JWT是一种开放标准，可在各方之间安全地传输信息。Flask可以通过flask - jwt - extended等库来实现JWT认证。
   • 策略：用户登录成功后，服务器生成包含用户身份信息的JWT并返回给客户端。客户端在后续请求中携带JWT，服务器验证JWT的有效性和签名，从而确认用户身份。
2. 授权：
   • 选型：基于角色的访问控制（RBAC）模型。可以使用Flask - Prisma等库辅助实现权限管理。
   • 策略：为不同用户分配不同角色，每个角色对应一组权限。在API接口处，根据用户的角色判断是否有权限访问该接口。例如，管理员角色可能拥有所有接口的访问权限，而普通用户角色只能访问部分接口。
3. 加密：
   • 选型：对于传输层加密，采用HTTPS协议，使用OpenSSL等工具生成SSL证书。在数据存储方面，对于敏感数据（如用户密码），使用bcrypt等强加密算法进行加密存储。
   • 策略：在Flask应用中配置HTTPS，确保所有客户端与服务器之间的通信数据被加密传输，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。对存储的敏感数据进行加密，即使数据库泄露，攻击者也难以获取明文信息。
4. 防御DDoS攻击：
   • 选型：使用WAF（Web应用防火墙），如ModSecurity（可与Nginx集成）。
   • 策略：通过配置WAF规则，识别并阻止异常流量模式，如大量的重复请求、异常的请求频率等。可以设置IP访问限制，对频繁发起异常请求的IP进行封禁。同时，启用速率限制，限制单个IP在一定时间内的请求次数，防止恶意用户通过大量请求耗尽服务器资源。