面试题：Java安全编程 - 加密与认证的综合安全漏洞防范

中间人攻击

对加密与认证机制的影响
- 加密方面：中间人可以拦截通信数据，解密后篡改再加密发送，破坏数据的保密性和完整性。例如，篡改传输的订单金额等关键信息。
- 认证方面：中间人可能伪装成合法服务器或客户端进行身份欺骗，绕过认证机制，使非法连接建立。比如，用户以为在与合法银行服务器通信，实际连接到了中间人搭建的假冒服务器。
防范措施
- 代码层面：
  - 使用HTTPS协议，Java中可以通过HttpsURLConnection等类来实现安全连接。在服务器端配置正确的SSL证书，并在客户端验证证书的有效性。示例代码：

import javax.net.ssl.HttpsURLConnection;
import java.net.URL;
import java.security.KeyManagementException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.cert.CertificateException;
import java.security.cert.X509Certificate;
import javax.net.ssl.HostnameVerifier;
import javax.net.ssl.HttpsURLConnection;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.SSLSession;
import javax.net.ssl.TrustManager;
import javax.net.ssl.X509TrustManager;

public class HttpsExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        TrustManager[] trustAllCerts = new TrustManager[]{
            new X509TrustManager() {
                public java.security.cert.X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
                    return null;
                }
                public void checkClientTrusted(X509Certificate[] certs, String authType) throws CertificateException {
                }
                public void checkServerTrusted(X509Certificate[] certs, String authType) throws CertificateException {
                }
            }
        };

        SSLContext sc = SSLContext.getInstance("TLSv1.2");
        sc.init(null, trustAllCerts, new java.security.SecureRandom());
        HttpsURLConnection.setDefaultSSLSocketFactory(sc.getSocketFactory());

        HostnameVerifier allHostsValid = new HostnameVerifier() {
            public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
                return true;
            }
        };
        HttpsURLConnection.setDefaultHostnameVerifier(allHostsValid);

        URL url = new URL("https://example.com");
        HttpsURLConnection conn = (HttpsURLConnection) url.openConnection();
        conn.setRequestMethod("GET");
        int responseCode = conn.getResponseCode();
        System.out.println("Response Code : " + responseCode);
    }
}

 - 对于自定义加密算法，确保密钥交换过程安全，例如使用Diffie - Hellman密钥交换算法，并在代码中正确实现，防止中间人获取密钥。

安全策略调整：
- 定期更新SSL证书，避免证书过期被中间人利用。
- 实施严格的网络访问控制策略，限制外部非法IP访问内部敏感服务。
安全工具：
- 使用网络入侵检测系统（NIDS）或网络入侵防范系统（NIPS），实时监测网络流量，检测异常的中间人攻击行为。例如，Snort等开源工具可以配置规则来检测常见的中间人攻击模式。

重放攻击

对加密与认证机制的影响
- 加密方面：重放的加密数据可能被接收方误认为是新的有效数据，即使数据已被篡改，因为接收方无法区分是重放还是新的合法数据，破坏数据的完整性和新鲜性。
- 认证方面：攻击者可以重放认证请求，绕过认证机制，再次获得访问权限，即使原始认证凭证已过期或无效。
防范措施
- 代码层面：
  - 在通信数据中添加时间戳。发送方在数据中加入当前时间，接收方验证时间戳是否在合理范围内。示例代码：

import java.util.Date;

public class TimestampExample {
    public static void main(String[] args) {
        long senderTimestamp = new Date().getTime();
        // 模拟发送数据并包含时间戳
        long receivedTimestamp = new Date().getTime();
        long timeDiff = receivedTimestamp - senderTimestamp;
        if (timeDiff < 10000) { // 假设10秒内有效
            System.out.println("Data is fresh");
        } else {
            System.out.println("Possible replay attack");
        }
    }
}

 - 使用随机数（Nonce）。发送方每次发送数据生成一个随机数，接收方记录已接收的随机数，若再次收到相同随机数则判定为重放攻击。

安全策略调整：
- 设置认证令牌的有效期，过期后强制重新认证。
- 实施双向认证，不仅客户端认证服务器，服务器也认证客户端，增加重放攻击难度。
安全工具：
- 利用日志分析工具，如ELK（Elasticsearch、Logstash、Kibana），分析认证和通信日志，查找重放攻击迹象，例如重复的认证请求等。

暴力破解密码

对加密与认证机制的影响
- 加密方面：若密码被暴力破解，攻击者可以使用破解的密码解密加密数据，破坏数据的保密性。
- 认证方面：一旦密码被破解，攻击者可以直接使用密码通过认证机制，获得合法用户权限，访问敏感资源。
防范措施
- 代码层面：
  - 对密码进行强哈希处理，使用如BCrypt、SCrypt等哈希算法。示例代码使用BCrypt：

import org.mindrot.jbcrypt.BCrypt;

public class PasswordHashingExample {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "userPassword";
        String hashed = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt());
        if (BCrypt.checkpw(password, hashed)) {
            System.out.println("Password matches");
        } else {
            System.out.println("Password does not match");
        }
    }
}

 - 限制登录尝试次数，在一定时间内多次失败后锁定账户。例如：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class LoginAttempts {
    private static Map<String, Integer> loginAttempts = new HashMap<>();
    private static final int MAX_ATTEMPTS = 5;
    private static final long LOCK_TIME = 60000; // 1分钟

    public static boolean isAccountLocked(String username) {
        Long lastLockedTime = loginAttempts.get(username);
        if (lastLockedTime != null && System.currentTimeMillis() - lastLockedTime < LOCK_TIME) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    public static void incrementLoginAttempt(String username) {
        if (loginAttempts.containsKey(username)) {
            int attempts = loginAttempts.get(username);
            if (attempts >= MAX_ATTEMPTS) {
                loginAttempts.put(username, (int) System.currentTimeMillis());
            } else {
                loginAttempts.put(username, attempts + 1);
            }
        } else {
            loginAttempts.put(username, 1);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String username = "testUser";
        incrementLoginAttempt(username);
        System.out.println("Is account locked: " + isAccountLocked(username));
    }
}

安全策略调整：
- 要求用户设置强密码，如包含大小写字母、数字、特殊字符，且有一定长度。
- 定期强制用户更换密码。
安全工具：
- 使用入侵检测工具，监测大量异常的登录尝试，如蜜罐系统可以模拟登录界面，吸引攻击者尝试，记录其行为并报警。

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