面试题：JavaScript保障Node非HTTP网络通信安全的策略

Question

假设你正在开发一个基于Node.js的非HTTP网络通信应用，如WebSocket通信，阐述从身份验证、数据完整性到防止中间人攻击等方面，你会采用哪些JavaScript相关技术和策略来保障通信安全，并说明这些技术的原理和潜在风险。

Answer 1

身份验证

1. JSON Web Tokens (JWT)
   • 技术使用：在Node.js应用中，使用jsonwebtoken库。客户端登录成功后，服务器生成包含用户身份信息（如用户名、用户ID等）的JWT，并将其返回给客户端。客户端在后续的WebSocket连接请求中，将JWT作为参数发送到服务器。服务器在接收到WebSocket连接请求时，使用jsonwebtoken库的verify方法验证JWT的有效性。
   • 原理：JWT由三部分组成，头部（header）、载荷（payload）和签名（signature）。头部包含令牌的类型（如JWT）和使用的哈希算法（如HMAC SHA256或RSA）。载荷包含声明（claims），即关于实体（通常是用户）和其他数据的陈述。签名用于验证消息在传输过程中没有被更改，并且在使用私钥签名的情况下，还可以验证JWT的发送者的身份。
   • 潜在风险：如果JWT密钥泄露，攻击者可以伪造有效的JWT，从而绕过身份验证。此外，如果JWT的过期时间设置不当，可能导致用户长时间保持登录状态，增加安全风险。另外，JWT通常是自包含的，包含过多信息可能会导致令牌体积过大，增加传输负担。
2. OAuth 2.0
   • 技术使用：对于WebSocket应用，可以结合OAuth 2.0的授权码模式或隐式授权模式。以授权码模式为例，客户端重定向到授权服务器进行用户登录和授权，授权服务器返回授权码给客户端，客户端再将授权码发送到自己的服务器，服务器使用授权码向授权服务器换取访问令牌（access token）。在WebSocket连接时，将访问令牌发送到服务器进行身份验证。在Node.js中，可以使用passport - oauth2等库辅助实现。
   • 原理：OAuth 2.0是一个授权框架，允许第三方应用在用户授权的情况下访问用户在资源服务器上的资源。它通过不同的角色（资源所有者、客户端、授权服务器、资源服务器）之间的交互，实现授权和令牌颁发流程。
   • 潜在风险：实现复杂，涉及多个服务器之间的交互，配置不当容易出现安全漏洞。如果授权服务器被攻击，令牌可能被窃取。并且，如果客户端应用本身存在安全漏洞，如XSS攻击，攻击者可能获取到授权码或访问令牌。

数据完整性

1. Message Authentication Codes (MAC)
   • 技术使用：在Node.js中，可以使用crypto模块来生成和验证MAC。例如，使用HMAC（Hash - based Message Authentication Code）。在发送数据时，使用crypto.createHmac方法，传入密钥和哈希算法（如'sha256'），并将数据更新到HMAC对象中，最后生成MAC值。接收方使用相同的密钥和算法重新计算MAC值，并与接收到的MAC值进行比较。
   • 原理：MAC是通过将密钥和数据一起进行哈希运算得到的一个值。只有拥有相同密钥的接收方才能正确计算出相同的MAC值，从而验证数据在传输过程中没有被篡改。
   • 潜在风险：如果密钥泄露，攻击者可以伪造MAC值，篡改数据而不被发现。此外，如果使用的哈希算法存在弱点，也可能导致数据完整性验证失败。
2. Digital Signatures
   • 技术使用：在Node.js中，crypto模块也支持数字签名。使用私钥对数据进行签名，在发送数据时，将数据和签名一起发送。接收方使用对应的公钥验证签名。例如，使用crypto.createSign方法创建签名对象，使用私钥对数据进行签名，接收方使用crypto.createVerify方法创建验证对象，使用公钥验证签名。
   • 原理：数字签名基于非对称加密技术。发送方使用私钥对数据进行加密（这里的加密操作就是签名操作），接收方使用发送方的公钥对签名进行解密（验证操作）。由于私钥只有发送方持有，所以如果签名验证成功，说明数据确实是由声称的发送方发送的，并且数据在传输过程中没有被篡改。
   • 潜在风险：如果私钥泄露，攻击者可以伪造签名。同时，管理非对称密钥对相对复杂，密钥的生成、存储和分发都需要严格的安全措施。

防止中间人攻击

1. Transport Layer Security (TLS)
   • 技术使用：在Node.js的WebSocket应用中，可以使用tls模块结合WebSocket库（如ws库）来启用TLS。配置ws服务器时，传入TLS相关的选项，如私钥、证书等。客户端在连接WebSocket服务器时，也需要配置相应的TLS选项，以确保连接是安全的。
   • 原理：TLS通过在传输层对数据进行加密和认证来防止中间人攻击。它使用非对称加密来协商会话密钥，然后使用对称加密对实际传输的数据进行加密。同时，TLS还通过证书验证服务器的身份，确保客户端连接的是真正的服务器，而不是中间人伪装的服务器。
   • 潜在风险：如果服务器的证书被伪造或过期，客户端可能会错误地信任中间人服务器。此外，如果TLS配置不当，如使用了不安全的加密算法或密钥长度过短，可能会被攻击者破解加密。
2. Diffie - Hellman Key Exchange
   • 技术使用：在Node.js中，可以手动实现Diffie - Hellman密钥交换算法，或者使用一些库来辅助实现。双方（客户端和服务器）各自生成自己的私钥和公钥，然后交换公钥。通过对方的公钥和自己的私钥，双方可以计算出相同的共享密钥，这个共享密钥可以用于后续的数据加密。
   • 原理：Diffie - Hellman密钥交换允许双方在不安全的通信信道上协商出一个共享密钥，而不需要事先共享任何秘密信息。即使中间人截获了双方交换的公钥，由于计算离散对数问题的难度，中间人无法计算出共享密钥，从而保证了密钥协商的安全性。
   • 潜在风险：如果实现不当，例如选择的参数不安全，可能会导致密钥被破解。另外，它本身不提供身份验证，如果没有结合其他身份验证机制，可能会遭受中间人攻击，中间人可以伪装成双方进行密钥交换。