Flink_企业级风控平台架构建设

概要

实时风控解决方案
总体架构介绍
第一版需求实现

1. 风控背景

互联网场景中，典型的风控场景包括：注册风控、登陆风控、交易风控、活动风控等，而风控的最佳效果是防患于未然，所以事前事中和事后三种实现方案中，又以事前预警和事中控制最好。
这要求风控系统一定要有实时性。我们将实时风控架构作为重点讲解。

2. 总体架构

风控是业务场景的产物，风控系统直接服务于业务系统，与之相关的还有惩罚系统和分析系统，各系统关系与角色如下：

风控系统有规则和模型两种技术路线，规则的优点是简单直观、可解释性强、灵活，所以长期活跃在风控系统之中，但缺点是容易被攻破，一但被黑产猜中就会失效，于是在实际的风控系统中，往往需要再结合上基于模型的风控环节来增加健壮性。

规则就是针对事物的条件判断，我们针对注册、登陆、交易、活动分别假设几条规则，比如：
- 用户名与身份证姓名不一致；
- 某 IP 最近 1 小时注册账号数超过 10 个；
- 某账号最近 3 分钟登陆次数大于 5 次；
- 某账号群体最近 1 小时购买优惠商品超过 100 件；
- 某账号最近 3 分钟领券超过 3 张；
规则可以组合成规则组
- 事实：即被判断的主体和属性，如上面规则的账号及登陆次数、IP 和注册次数等；
- 条件：判断的逻辑，如某事实的某属性大于某个指标；
- 指标阈值：判断的依据，比如登陆次数的临界阈值，注册账号数的临界阈值等；
- 规则可由运营专家凭经验填写，也可由数据分析师根据历史数据发掘，但因为规则在与黑产的攻防之中会被猜中导致失效，所以无一例外都需要动态调整。
基于上边的讨论，我们设计一个风控系统方案如下：

该系统有三条数据流向：
- 实时风控数据流：由红线标识，同步调用，为风控调用的核心链路
- 准实时指标数据流：由蓝线标识，异步写入，为实时风控部分准备指标数据
- 准实时/离线分析数据流：由绿线标识，异步写入，为风控系统的表现分析提供数据

实时风控

实时风控是整个系统的核心，被业务系统同步调用，完成对应的风控判断。
        前面提到规则往往由人编写并且需要动态调整，所以我们会把风控判断部分与规则管理部分拆开。规则管理后台为运营服务，由运营人员去进行相关操作：
        场景管理：决定某个场景是否实施风控，比如活动场景，在活动结束后可以关闭该场景；
        黑白名单：人工/程序找到系统的黑白名单，直接过滤
        规则管理：管理规则，包括增删或修改，比如登陆新增 IP 地址判断，比如下单新增频率校验等；
        阈值管理：管理指标的阈值，比如规则为某 IP 最近 1 小时注册账号数不能超过 10 个，那 1 和 10 都属于阈值；
基于管理后台，那规则判断部分的逻辑也就十分清晰了，分别包括前置过滤、事实数据准备、规则判断三个环节。

前置过滤
- 业务系统在特定事件（如注册、登陆、下单、参加活动等）被触发后同步调用风控系统，附带相关上下文，比如 IP 地址，事件标识等，规则判断部分会根据管理后台的配置决定是否进行判断，如果是，接着进行黑白名单过滤，都通过后进入下一个环节。
实时数据准备
- 在进行判断之前，系统必须要准备一些事实数据，比如：
  - 注册场景，假如规则为单一 IP 最近 1 小时注册账号数不超过 10 个，那系统需要根据 IP 地址去 Redis/Hbase 找到该 IP 最近 1 小时注册账号的数目，比如 15；
  - 登陆场景，假如规则为单一账号最近 3 分钟登陆次数不超过 5 次，那系统需要根据账号去 Redis/Hbase 找到该账号最近 3 分钟登陆的次数，比如 8；

规则判断

在得到事实数据之后，系统会根据规则和阈值进行判断，然后返回结果，整个过程便结束了。
        整个过程逻辑上是清晰的，我们常说的规则引擎主要在这部分起作用，一般来说这个过程有两种实现方式：
      借助成熟的规则引擎，比如 Drools，Drools 和 Java 环境结合的非常好，本身也非常完善，支持很多特性。
      基于 Groovy 等动态语言完成
这两种方案都支持规则的动态更新

准实时数据流
- 这部分属于后台逻辑，为风控系统服务，准备事实数据。
- 把数据准备与逻辑判断拆分，是出于系统的性能/可扩展性的角度考虑的。前边提到，做规则判断需要事实的相关指标，比如最近一小时登陆次数，最近一小时注册账号数等等，这些指标通常有一段时间跨度，是某种状态或聚合，很难在实时风控过程中根据原始数据进行计算，因为风控的规则引擎往往是无状态的，不会记录前面的结果。
- 同时，这部分原始数据量很大，因为用户活动的原始数据都要传过来进行计算，所以这部分往往由一个流式大数据系统来完成。
- 业务系统把埋点数据发送到 Kafka；
  - Flink 订阅 Kafka，完成原子粒度的聚合；
- Flink 仅完成原子粒度的聚合是和规则的动态变更逻辑相关的。举例来说，在注册场景中，运营同学会根据效果一会要判断某 IP 最近 1 小时的注册账号数，一会要判断最近 3 小时的注册账号数，一会又要判断最近 5 小时的注册账号数……也就是说这个最近 N 小时的 N 是动态调整的。那 Flink 在计算时只应该计算 1 小时的账号数，在判断过程中根据规则来读取最近 3 个 1 小时还是 5 个 1 小时，然后聚合后进行判断。因为在 Flink 的运行机制中，作业提交后会持续运行，如果调整逻辑需要停止作业，修改代码，然后重启，相当麻烦；同时因为 Flink 中间状态的问题，重启还面临着中间状态能否复用的问题。所以假如直接由 Flink 完成 N 小时的聚合的话，每次 N 的变动都需要重复上面的操作，有时还需要追数据，非常繁琐。
  - Flink 把汇总的指标结果写入 Redis 或 Hbase，供实时风控系统查询。两者问题都不大，根据场景选择即可。
  - 通过把数据计算和逻辑判断拆分开来并引入 Flink，我们的风控系统可以应对极大的用户规模。

分析系统
     前面的东西静态来看是一个完整的风控系统，但动态来看就有缺失了，这种缺失不体现在功能性上，而是体现在演进上。即如果从动态的角度来看一个风控系统的话，我们至少还需要两部分，一是衡量系统的整体效果，一是为系统提供规则/逻辑升级的依据。
在衡量整体效果方面，我们需要：
        判断规则是否失效，比如拦截率的突然降低；
        判断规则是否多余，比如某规则从来没拦截过任何事件；
        判断规则是否有漏洞，比如在举办某个促销活动或发放代金券后，福利被领完了，但没有达到预期效果；
     在为系统提供规则/逻辑升级依据方面，我们需要：
        发现全局规则：比如某人在电子产品的花费突然增长了 100 倍，单独来看是有问题的，但整体来看，可能很多人都出现了这个现象，原来是苹果发新品了。
识别某种行为的组合：单次行为是正常的，但组合是异常的，比如用户买菜刀是正常的，买车票是正常的，买绳子也是正常的，去加油站加油也是正常的，但短时间内同时做这些事情就不是正常的。
群体识别：比如通过图分析技术，发现某个群体，然后给给这个群体的所有账号都打上群体标签，防止出现那种每个账号表现都正常，但整个群体却在集中薅羊毛的情况。
这便是分析系统的角色定位，在他的工作中有部分是确定性的，也有部分是探索性的，为了完成这种工作，该系统需要尽可能多的数据支持，如：
        业务系统的数据，业务的埋点数据，记录详细的用户、交易或活动数据；
        风控拦截数据，风控系统的埋点数据，比如某个用户在具有某些特征的状态下因为某条规则而被拦截，这条拦截本身就是一个事件数据；
        这是一个典型的大数据分析场景，架构也比较灵活

相对来说这个系统是最开放的，既有固定的指标分析，也可以使用机器学习/数据分析技术发现更多新的规则或模式。

3.第一版需求开发

数据源介绍：

包名：com.star.engine.pojo

日志实体类

package com.star.engine.pojo;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;
import java.util.Map;@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
@ToString
public class ClientLog {private String userNo;  // 用户IDprivate String userName;  // 用户名private String appId;  // app的编号private String appVersion; // APP的版本private String addr;  // 地址private String carrier; // 运营商private String imei; // 设备编号private String deviceType; // 设备类型private String ip;  // 客户端IPprivate String netType; // 网络类型：WIFI,4G,5Gprivate String osName; // 操作系统类型private String osVersion;  // 操作系统版本private String sessionId; // 会话IDprivate String detailTime; // 创建详细时间private String eventId; // 事件编号private String eventType;  // 事件类型private String createTime;  // 创建时间private String gps; // 经纬度信息private Map<String,String> properties; // 事件详细属性
}

工具类介绍

包名：com.star.engine.utils;

Constants 常量类

package com.star.engine.utils;/*** 常量信息*/
public class Constants {//topicpublic static String CLIENT_LOG = "client_log";public static String HBASE_TABLE = "events_db:users";public static String BROKERS = "star01:9092,star02:9092,star03:9092";public static Integer REDIS_PORT = 6379;public static String HOST = "star01";public static String REDIS_ADDR = "star01";public static String ZOOKEEPER_PORT = "2181";public static String RULE_TYPE_LOGIN = "login";
}

FlinkKafkaUtils FlinkKafka工具类

package com.star.engine.utils;
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer;import java.util.Properties;public class FlinkKafkaUtils {public static Properties getProducerProperties(String brokers) {Properties properties = getCommonProperties();properties.setProperty("bootstrap.servers", brokers);properties.setProperty("metadata.broker.list", brokers);properties.setProperty("zookeeper.connect", Constants.HOST+":"+Constants.ZOOKEEPER_PORT);return properties;}public static Properties getCommonProperties() {Properties properties = new Properties();properties.setProperty("linger.ms", "100");properties.setProperty("retries", "100");properties.setProperty("retry.backoff.ms", "200");properties.setProperty("buffer.memory", "524288");properties.setProperty("batch.size", "100");properties.setProperty("max.request.size", "524288");properties.setProperty("compression.type", "snappy");properties.setProperty("request.timeout.ms", "180000");properties.setProperty("max.block.ms", "180000");return properties;}public static FlinkKafkaConsumer<String> getKafkaEventSource(){Properties props = getProducerProperties(Constants.BROKERS);props.setProperty("auto.offset.reset", "latest");//指定TopicFlinkKafkaConsumer<String> source = new FlinkKafkaConsumer<>(Constants.CLIENT_LOG, new SimpleStringSchema(), props);return source;}public static FlinkKafkaConsumer<String> getKafkaRuleSource() {Properties props = getProducerProperties(Constants.BROKERS);props.setProperty("auto.offset.reset", "latest");FlinkKafkaConsumer<String> source = new FlinkKafkaConsumer<>("yinew_drl_rule", new SimpleStringSchema(), props);return source;}
}

HBaseUtils Hbase工具类

package com.star.engine.utils;
import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.hbase.HBaseConfiguration;
import org.apache.hadoop.hbase.HColumnDescriptor;
import org.apache.hadoop.hbase.HTableDescriptor;
import org.apache.hadoop.hbase.TableName;
import org.apache.hadoop.hbase.client.*;
import org.apache.hadoop.hbase.filter.FilterList;
import org.apache.hadoop.hbase.util.Bytes;
import java.io.IOException;
import java.util.List;public class HBaseUtils {private static Connection connection;private static Configuration configuration;static {configuration = HBaseConfiguration.create();configuration.set("hbase.zookeeper.property.clientPort", Constants.ZOOKEEPER_PORT);configuration.set("hbase.zookeeper.quorum", Constants.HOST);try {connection = ConnectionFactory.createConnection(configuration);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static HTable initHbaseClient(String tableName) {try {return new HTable(configuration, tableName);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 创建 HBase 表* @param tableName      表名* @param columnFamilies 列族的数组*/public static boolean createTable(String tableName, List<String> columnFamilies) {try {HBaseAdmin admin = (HBaseAdmin) connection.getAdmin();if (admin.tableExists(tableName)) {return false;}HTableDescriptor tableDescriptor = new HTableDescriptor(TableName.valueOf(tableName));columnFamilies.forEach(columnFamily -> {HColumnDescriptor columnDescriptor = new HColumnDescriptor(columnFamily);columnDescriptor.setMaxVersions(2);tableDescriptor.addFamily(columnDescriptor);});admin.createTable(tableDescriptor);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return true;}/*** 删除 hBase 表* @param tableName 表名*/public static boolean deleteTable(String tableName) {try {HBaseAdmin admin = (HBaseAdmin) connection.getAdmin();// 删除表前需要先禁用表admin.disableTable(tableName);admin.deleteTable(tableName);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return true;}/*** 插入数据** @param tableName        表名* @param rowKey           唯一标识* @param columnFamilyName 列族名* @param qualifier        列标识* @param value            数据*/public static boolean putRow(String tableName, String rowKey, String columnFamilyName, String qualifier,String value) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Put put = new Put(Bytes.toBytes(rowKey));put.addColumn(Bytes.toBytes(columnFamilyName), Bytes.toBytes(qualifier), Bytes.toBytes(value));table.put(put);table.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return true;}/*** 根据 rowKey 获取指定行的数据** @param tableName 表名* @param rowKey    唯一标识*/public static Result getRow(String tableName, String rowKey) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Get get = new Get(Bytes.toBytes(rowKey));return table.get(get);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 获取指定行指定列 (cell) 的最新版本的数据** @param tableName    表名* @param rowKey       唯一标识* @param columnFamily 列族* @param qualifier    列标识*/public static String getCell(String tableName, String rowKey, String columnFamily, String qualifier) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Get get = new Get(Bytes.toBytes(rowKey));if (!get.isCheckExistenceOnly()) {get.addColumn(Bytes.toBytes(columnFamily), Bytes.toBytes(qualifier));Result result = table.get(get);byte[] resultValue = result.getValue(Bytes.toBytes(columnFamily), Bytes.toBytes(qualifier));return Bytes.toString(resultValue);} else {return null;}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 检索全表** @param tableName 表名*/public static ResultScanner getScanner(String tableName) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Scan scan = new Scan();return table.getScanner(scan);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 检索表中指定数据** @param tableName  表名* @param filterList 过滤器*/public static ResultScanner getScanner(String tableName, FilterList filterList) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Scan scan = new Scan();scan.setFilter(filterList);return table.getScanner(scan);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 检索表中指定数据** @param tableName   表名* @param startRowKey 起始 RowKey* @param endRowKey   终止 RowKey* @param filterList  过滤器*/public static ResultScanner getScanner(String tableName, String startRowKey, String endRowKey,FilterList filterList) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Scan scan = new Scan();scan.setStartRow(Bytes.toBytes(startRowKey));scan.setStopRow(Bytes.toBytes(endRowKey));scan.setFilter(filterList);return table.getScanner(scan);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}/*** 删除指定行记录** @param tableName 表名* @param rowKey    唯一标识*/public static boolean deleteRow(String tableName, String rowKey) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Delete delete = new Delete(Bytes.toBytes(rowKey));table.delete(delete);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return true;}/*** 删除指定行的指定列** @param tableName  表名* @param rowKey     唯一标识* @param familyName 列族* @param qualifier  列标识*/public static boolean deleteColumn(String tableName, String rowKey, String familyName,String qualifier) {try {Table table = connection.getTable(TableName.valueOf(tableName));Delete delete = new Delete(Bytes.toBytes(rowKey));delete.addColumn(Bytes.toBytes(familyName), Bytes.toBytes(qualifier));table.delete(delete);table.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return true;}
}

KafkaProducerUtils Kafka生产者工具类

package com.star.engine.utils;
import org.apache.kafka.clients.producer.KafkaProducer;
import org.apache.kafka.clients.producer.Producer;
import java.util.Properties;public class KafkaProducerUtils {static Producer<String, String> producer;public static void init() {Properties props = new Properties();//此处配置的是kafka的端口props.put("metadata.broker.list", Constants.BROKERS);props.put("bootstrap.servers", Constants.BROKERS);//配置value的序列化类props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");//配置key的序列化类props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");props.put("producer.type", "async");props.put("request.required.acks", "-1");producer = new KafkaProducer<>(props);}public static Producer getProducer() {if (producer == null) {init();}return producer;}}

第一版需求：1、完成是否异地登录判断

package com.star.engine.core;import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.star.engine.pojo.ClientLog;
import com.star.engine.utils.Constants;
import com.star.engine.utils.FlinkKafkaUtils;
import com.star.engine.utils.HBaseUtils;
import org.apache.flink.api.common.state.ListState;
import org.apache.flink.api.common.state.ListStateDescriptor;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.KeyedProcessFunction;
import org.apache.flink.util.Collector;
import org.apache.hadoop.hbase.client.HTable;
import org.locationtech.spatial4j.distance.DistanceUtils;import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Iterator;/*** 第一版需求：*  1、完成是否异地登录判断**/
public class Processl {public static void main(String[] args) throws Exception {StreamExecutionEnvironment environment = StreamExecutionEnvironment.createLocalEnvironmentWithWebUI(new Configuration());// 1.获取Kafka数据源DataStreamSource<String> source = environment.addSource(FlinkKafkaUtils.getKafkaEventSource());SingleOutputStreamOperator<ClientLog> clientlogSource = source.map(str -> JSON.parseObject(str, ClientLog.class));clientlogSource.keyBy(clientLog -> clientLog.getUserNo()).process(new KeyedProcessFunction<String, ClientLog, String>() {/*** 从hbase读取用户画像数据* @param parameters* @throws Exception*/HTable table;// 基于状态存储用户上一次登录的数据ListState<ClientLog> privousLoginData;@Overridepublic void open(Configuration parameters) throws Exception {table = HBaseUtils.initHbaseClient(Constants.HBASE_TABLE);privousLoginData = getRuntimeContext().getListState(new ListStateDescriptor<ClientLog>("privoulsLoginData", ClientLog.class));}// 对每条数据进行处理@Overridepublic void processElement(ClientLog clientLog, Context context, Collector<String> out) throws Exception {String eventType = clientLog.getEventType();if (eventType.equals(Constants.RULE_TYPE_LOGIN)) {// 用户登录/*** 1、5分钟登录次数限制* 2、异地登录* 3、不在常用地区登录*/// 5分钟登录次数限制// 异地登录distanceProcess(clientLog,privousLoginData);// 在常用地区登录}}}).print();environment.execute("Processl");}/*** 异地登录* @param clientLog* @param privousLoginData*/public static void distanceProcess(ClientLog clientLog, ListState<ClientLog> privousLoginData) {SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat();String score = "0";String reason = "第一次登录：" + clientLog.getAddr() + " 本地登录时间：" + clientLog.getDetailTime();try {// 判断上一次是否登录Iterator<ClientLog> iterator = privousLoginData.get().iterator();if (iterator.hasNext()) {ClientLog privousMessage = iterator.next();// 不是第一次登录// 静态规则String distanceRule = "500|1@400|2@300|3@200|4@100|5";String[] distanceRules = distanceRule.split("@");String oldTime = privousMessage.getDetailTime();String oldGps = privousMessage.getGps();String oldAddr = privousMessage.getAddr();// 计算距离double distanceReal = DistanceUtils.distHaversineRAD(Double.parseDouble(clientLog.getGps().split("\\,")[0]), Double.parseDouble(clientLog.getGps().split("\\,")[1]), Double.parseDouble(oldGps.split("\\,")[0]), Double.parseDouble(oldGps.split("\\,")[1]));// 时间差long time = simpleDateFormat.parse(clientLog.getDetailTime()).getTime() - simpleDateFormat.parse(oldTime).getTime();double speed = distanceReal / (time / (1000 * 3600.0));// 规则匹配for (String rule : distanceRules) {double speedLimit = Double.parseDouble(rule.split("\\|")[0]);String speedScore = rule.split("\\|")[1];if (speed >= speedLimit) {score = speedScore;reason += "=== 短时间内速度为："+ speed + " 规定约定速度为：" + speedLimit+" 当前登录地：" + clientLog.getAddr() + " 上一次登录地：" + privousMessage.getAddr();}}} else {// 第一次登录score = "5";reason = "第一次登录：" + clientLog.getAddr() + " 登录时间为：" + clientLog.getDetailTime();}privousLoginData.clear();privousLoginData.add(clientLog);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}