面试题：Node.js构建RESTful API中的安全与可靠性设计

Question

在Node.js构建面向生产环境的RESTful API时，安全性和可靠性至关重要。请阐述如何设计一套完善的安全机制，包括身份验证、授权、防止常见Web攻击（如SQL注入、XSS等）；同时说明如何确保API的高可靠性，如容错处理、负载均衡以及灾难恢复等方面的设计思路和实现方法。

Answer 1

安全机制

1. 身份验证
   • 基于Token的身份验证：
     • 原理：用户登录成功后，服务器生成一个Token（通常是JWT，即JSON Web Token）。Token包含用户相关信息（如用户ID、用户名等）和签名。客户端在后续请求中将Token放在请求头（如Authorization: Bearer <token>）中。服务器收到请求后，验证Token的签名和有效性。
     • 实现：使用jsonwebtoken库，安装：npm install jsonwebtoken。生成Token示例代码：

const jwt = require('jsonwebtoken');
const payload = { userId: 1, username: 'user1' };
const secret = 'your - secret - key';
const token = jwt.sign(payload, secret, { expiresIn: '1h' });

验证Token示例代码：

const jwt = require('jsonwebtoken');
const secret = 'your - secret - key';
const token = req.headers.authorization.split(' ')[1];
try {
    const decoded = jwt.verify(token, secret);
    // 验证成功，可获取用户信息decoded.userId等
} catch (err) {
    // 验证失败
}

• OAuth 2.0：
  • 原理：适用于第三方应用授权场景。用户授权第三方应用访问其在资源服务器上的资源。涉及授权服务器、资源服务器、客户端等角色。
  • 实现：可使用passport - oauth2等相关库，根据不同的OAuth 2.0服务提供商（如Google、Facebook等）进行配置和集成。

2. 授权
   • 基于角色的访问控制（RBAC）：
     • 原理：定义不同的角色（如管理员、普通用户等），每个角色有不同的权限集合。用户被分配到特定角色，根据其角色决定对资源的访问权限。
     • 实现：数据库中创建roles表存储角色信息，permissions表存储权限信息，role_permissions表关联角色和权限，users表关联用户和角色。在API处理函数中，根据用户角色判断是否有权限访问资源。例如：

const userRole = getRoleFromToken(req.headers.authorization);
const requiredPermission = 'view - resource';
const hasPermission = checkPermission(userRole, requiredPermission);
if (!hasPermission) {
    return res.status(403).send('Forbidden');
}
// 继续处理请求

3. 防止常见Web攻击
   • 防止SQL注入：
     • 使用参数化查询：对于SQL数据库（如MySQL、PostgreSQL等），在Node.js中使用数据库驱动提供的参数化查询功能。例如，使用mysql库：

const mysql = require('mysql');
const connection = mysql.createConnection({
    host: 'localhost',
    user: 'root',
    password: 'password',
    database: 'test'
});
const username = req.body.username;
const query = 'SELECT * FROM users WHERE username =?';
connection.query(query, [username], (error, results, fields) => {
    if (error) throw error;
    // 处理查询结果
});

• 防止XSS攻击：
  • 输入验证和过滤：使用DOMPurify库对用户输入进行过滤。安装：npm install dompurify。示例：

const DOMPurify = require('dompurify');
const cleanInput = DOMPurify.sanitize(req.body.input);
// 使用cleanInput，可防止XSS攻击

 - **输出编码**：在将数据输出到HTML页面时，对特殊字符进行编码。例如，在使用`ejs`模板引擎时，`ejs`会自动对输出内容进行HTML转义。

高可靠性

1. 容错处理
   • 错误处理中间件：在Express应用中，创建全局错误处理中间件。例如：

app.use((err, req, res, next) => {
    console.error(err.stack);
    res.status(500).send('Something went wrong!');
});

• 异步操作错误处理：在Promise和async/await中，使用.catch()处理Promise拒绝或try - catch捕获async函数中的错误。例如：

async function getData() {
    try {
        const response = await fetch('https://example.com/api');
        const data = await response.json();
        return data;
    } catch (error) {
        console.error('Error fetching data:', error);
        return null;
    }
}

2. 负载均衡
   • 硬件负载均衡器：如F5 Big - IP等设备，通过在网络层对流量进行分发，将客户端请求均衡地分配到多个后端Node.js服务器上。
   • 软件负载均衡器：
     • Nginx：安装Nginx后，配置反向代理和负载均衡。例如，在nginx.conf文件中：

http {
    upstream node_backend {
        server 192.168.1.10:3000;
        server 192.168.1.11:3000;
    }
    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://node_backend;
        }
    }
}

 - **HAProxy**：同样可作为反向代理和负载均衡器，通过配置文件定义后端服务器池和负载均衡策略。例如：

frontend http - in
    bind *:80
    default_backend node - servers
backend node - servers
    balance roundrobin
    server node1 192.168.1.10:3000 check
    server node2 192.168.1.11:3000 check

3. 灾难恢复
   • 数据备份与恢复：
     • 定期备份数据库：使用数据库自带的备份工具，如MySQL的mysqldump命令进行全量或增量备份。可通过脚本定时执行备份任务，将备份文件存储在远程存储（如Amazon S3等）。
     • 数据恢复：在发生灾难时，使用备份文件恢复数据库。例如，对于MySQL，使用mysql命令导入备份文件。
   • 多数据中心部署：将Node.js应用部署在多个地理上分散的数据中心。当一个数据中心出现故障时，流量可切换到其他数据中心。可通过全局负载均衡器（如Amazon Route 53）实现跨数据中心的流量管理。