面试题：安全认证：TLS在Web应用中如何防止中间人攻击

Question

请阐述TLS在Web应用场景下，通过哪些机制有效防止中间人攻击，比如在证书验证、密钥交换阶段的具体措施是什么？

Answer 1

证书验证阶段防止中间人攻击的机制

1. CA签名验证：
   • 客户端收到服务器发送的数字证书，其中包含服务器的公钥等信息。该证书由证书颁发机构（CA）签名。客户端会使用本地信任的CA根证书来验证服务器证书上CA的签名。如果签名验证通过，表明证书是由受信任的CA颁发的，降低了中间人伪造证书的可能性。例如，常见浏览器内置了众多知名CA的根证书，可直接用于验证。
2. 证书链验证：
   • 服务器证书可能是由中间CA颁发的，而不是直接由根CA颁发。客户端需要从服务器证书开始，沿着证书链向上验证到根CA。每个中间证书必须由其上级CA正确签名，形成一条完整且可信的证书链。只有当整个证书链都验证通过，客户端才会信任服务器证书。
3. 证书吊销列表（CRL）和在线证书状态协议（OCSP）：
   • CRL：CA会发布证书吊销列表，列出已被吊销的证书序列号等信息。客户端可以下载并检查服务器证书的序列号是否在CRL中。如果在，则表明该证书已不可信，可能被中间人冒用。例如，某些CA会定期更新CRL供客户端下载。
   • OCSP：是一种实时在线查询证书状态的协议。客户端向OCSP服务器发送证书状态查询请求，OCSP服务器实时返回证书是否有效、吊销等状态信息，相比于CRL能提供更及时的证书状态验证，防止中间人使用已吊销证书进行攻击。
4. 证书内容检查：
   • 客户端检查证书中的信息，如证书的主题（Subject）是否与访问的服务器域名匹配。如果不匹配，可能是中间人攻击，将用户引导到伪造的服务器。例如，访问https://example.com，证书主题中的域名也应该是example.com 。

密钥交换阶段防止中间人攻击的机制

1. Diffie - Hellman密钥交换：
   • 客户端和服务器在Diffie - Hellman密钥交换过程中，各自生成公钥和私钥对。双方交换公钥，然后使用对方的公钥和自己的私钥，通过特定的数学运算（如模幂运算）生成一个共享的会话密钥。由于中间人无法获取双方的私钥，即使截获了公钥，也无法计算出共享密钥，从而防止中间人获取通信密钥。例如，在ECDHE（椭圆曲线Diffie - Hellman密钥交换）中，基于椭圆曲线的数学特性，进一步增强了密钥交换的安全性。
2. RSA密钥交换：
   • 服务器使用其私钥对一个随机生成的预主密钥（Pre - Master Secret）进行加密，然后发送给客户端。客户端使用服务器证书中的公钥解密得到预主密钥。由于中间人没有服务器的私钥，无法解密该预主密钥，也就无法获取后续生成会话密钥所需的关键信息。之后客户端和服务器基于预主密钥，通过特定算法（如PRF，伪随机函数）生成会话密钥，保证通信的保密性。
3. 证书绑定：
   • 在密钥交换过程中，服务器的公钥是通过其数字证书提供的。因为在证书验证阶段已经对证书进行了严格验证，所以密钥交换阶段使用的公钥是可信任的，与服务器的身份进行了绑定。如果中间人试图替换公钥，证书验证将失败，从而防止中间人在密钥交换阶段替换公钥来获取通信密钥。