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ryan
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# 登录验证码设计 (Login CAPTCHA Integration)
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本文档阐述在 OpenFlare 控制面中引入基于 Proof-of-Work (PoW) 与无感浏览器指纹特征的开源 CAPTCHA 方案 —— Cap，以防止对登录 API 进行暴力破解与爬虫撞库攻击的设计。
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## 1. 业务背景与产品范围
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### 背景与痛点
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根据我们的系统安全分析，OpenFlare 的登录端点 `/api/user/login` 虽然配置了基于 IP 的限流限制，但由于缺少用户维度的防护机制，攻击者可使用代理池绕过 IP 限制对高权限账户（如 `root`）实施撞库和暴力破解。同时，对于系统登录页面，标准的视觉验证码对用户体验和无障碍不够友好。
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### 产品范围与技术选型
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* **技术选型**：Cap (Proof-of-Work 驱动的无感无图像验证码解决方案)。
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- **核心原理**：客户端（Widget/网页）从服务器获取工作量证明 (PoW) 的难题，使用浏览器后台计算求解并将答案回传。服务器验证答案的正确性，完成人机识别。
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- **优势**：无感、无图像验证、不依赖任何外部第三方 API 节点（私密）、包极小。
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* **接入范围**：控制面 Server 登录 API（`/api/user/login`）以及前端登录页面。
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* **配置粒度**：支持管理员通过控制台 Option 表随时开启/关闭验证码（`CapLoginEnabled`）。
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## 2. 系统架构与交互时序
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### 2.1 模块分工
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1. **Frontend (前端)**：
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* 在登录页面引入 `cap-widget`（React 19 自定义元素）。
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* 提交表单时，伴随提交由 Widget 求解出并得到的 `cap-token`。
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2. **Server (控制面后端)**：
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* 暴露 `POST /api/cap/challenge` 接口，为客户端分发 PoW 难题和签名的 JWT Token。
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* 暴露 `POST /api/cap/redeem` 接口，校验客户端提交的 PoW 解答并核发带有失效时间的登录凭证（Redeem Token）。
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* 将 Redeem Token 与对应过期时间保存在内存缓存/Redis 缓存中。
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* 在 `POST /api/user/login` 接口中，若启用了验证码保护，先校验并消耗（单次失效）对应的 `cap-token`。
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### 2.2 验证流时序图
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```mermaid
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sequenceDiagram
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autonumber
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actor User as 用户
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participant Browser as 浏览器 (前端 Web)
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participant Server as OpenFlare Server (后端)
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participant Cache as 内存/Redis 缓存
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User->>Browser: 打开登录页面
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Browser->>Server: POST /api/cap/challenge (获取难题)
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Server->>Browser: 返回 {challenge, token, expires} (JWT 格式)
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Note over Browser: Widget 在后台(WASM/Worker)执行 PoW 难题计算
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Browser->>Server: POST /api/cap/redeem (提交 solutions + token)
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alt 校验 PoW 解答通过
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Server->>Cache: 存储 Redeem Token (tokenKey:expires)
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Server->>Browser: 返回 {success: true, token} (即 cap-token)
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else 校验失败
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Server->>Browser: 返回 {success: false, reason}
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end
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User->>Browser: 输入账号密码，点击登录
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Browser->>Server: POST /api/user/login (在 HTTP 请求头中携带 X-Cap-Token)
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alt CapLoginEnabled = true
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Server->>Server: Middleware (CapAuth) 校验并消费 X-Cap-Token
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alt token 合法且未过期且未被消费
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Server->>Server: c.Next() -> 执行常规登录逻辑 (密码 Bcrypt 校验)
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Server->>Browser: 返回登录成功 (Session Cookie)
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else token 无效或已被消费
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Server->>Browser: 拦截并返回验证码错误 (401 Unauthorized)
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end
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else CapLoginEnabled = false
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Server->>Server: c.Next() -> 执行常规登录逻辑
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end
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```
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## 3. 核心接口与数据模型
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### 3.1 接口定义
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#### 1. 获取难题 (GET/POST /api/cap/challenge)
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* **请求方式**：`POST`
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* **接口权限**：公开
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* **响应负载**（统一 API 信封，`data` 为业务载荷）：
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```json
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{
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"error_msg": "",
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"data": {
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"challenge": {
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"c": 50,
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"s": 32,
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"d": 4
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},
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"token": "eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9...",
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"expires": 1717660800000
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}
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}
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```
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#### 2. 核销难题 (POST /api/cap/redeem)
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* **请求方式**：`POST`
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* **请求负载**：
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```json
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{
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"token": "challenge_jwt_token_here",
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"solutions": [12345, 67890, 54321]
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}
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```
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* **响应负载 (成功)**：
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```json
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{
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"success": true,
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"token": "random_id:ver_token",
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"expires": 1717661000000
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}
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```
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#### 3. 登录接口 (POST /api/user/login)
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* **请求负载保持不变**：
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```json
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{
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"username": "root",
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"password": "your_password"
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}
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```
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* **验证码载体**：放置于 HTTP Request Header `X-Cap-Token` 中。
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## 4. 重放攻击防护与安全性权衡
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1. **JWT 临时状态绑定**：难题在生成时就被签入 JWT payload，包含过期时间限制（10 分钟）。
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2. **Replay 拦截（Nonce 消耗）**：当客户端调用 `/redeem` 提交解答时，后端在缓存中标记该 JWT Signature 已使用。重复提交相同的解密包将返回 `already_redeemed`。
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3. **Redeem 一次性核销（单次失效）**：当客户端登录并提交 `cap-token` 时，后端在检验到合法性后立即从缓存中删除该 Key，防止黑客提取历史正确的 `cap-token` 进行重放登录。
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4. **验证机制无感化**：通过调整 `c (难题数)=50`，`d (难度)=4`，普通用户在桌面端和移动端只需 0.5 秒至 1.5 秒即可静默解出，极大地兼顾了用户体验和反爬效果。
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