面试题：网络编程之WebSocket协议深度剖析与安全

Question

从协议层面分析WebSocket如何应对中间人攻击。假设你正在开发一个基于WebSocket的金融交易系统，你会采取哪些额外的安全机制来确保交易的安全性和数据的完整性？

Answer 1

从协议层面应对中间人攻击

1. TLS/SSL加密：
   • WebSocket协议可以在TLS/SSL之上运行。通过使用TLS/SSL，客户端和服务器之间传输的数据会被加密。中间人即使截获数据，也无法读取或修改数据内容，因为数据是密文形式。例如，在HTTPS连接上升级到WebSocket，浏览器会自动验证服务器的TLS证书，确保连接到的是真正的服务器，而不是中间人伪装的。
2. 证书验证：
   • 服务器配置有效的SSL/TLS证书，该证书由受信任的证书颁发机构（CA）签发。客户端在连接时会验证服务器证书的有效性，包括证书是否过期、是否被吊销以及证书中的域名是否与连接的服务器域名匹配等。如果证书验证不通过，浏览器会阻止连接，防止中间人通过伪造证书来进行攻击。
3. 握手过程：
   • WebSocket的握手过程使用HTTP协议。在握手过程中，客户端发送带有特殊WebSocket协议相关头部（如Upgrade: websocket和Connection: Upgrade）的HTTP请求。服务器响应101 Switching Protocols状态码，表明协议升级成功。中间人难以在这个过程中篡改数据而不被发现，因为客户端和服务器可以通过校验握手消息中的某些特定字段（如Sec - WebSocket - Key和Sec - WebSocket - Accept）来确保握手的完整性。Sec - WebSocket - Key是客户端随机生成的Base64编码字符串，服务器通过对其进行特定计算（与一个固定的GUID拼接后进行SHA - 1哈希计算并Base64编码）得到Sec - WebSocket - Accept，如果计算结果不一致，说明握手可能被篡改。

基于WebSocket的金融交易系统额外安全机制

1. 身份验证：
   • 用户名和密码：用户登录系统时，输入用户名和密码进行身份验证。系统在服务器端验证用户名和密码的正确性，只有验证通过才能建立WebSocket连接进行交易。
   • 多因素身份验证（MFA）：除了用户名和密码，还可以使用MFA，例如短信验证码、硬件令牌等。用户登录时，除了提供密码，还需要输入手机收到的验证码或硬件令牌生成的动态密码，增加身份验证的安全性。
2. 数据完整性校验：
   • 消息摘要：对每笔交易数据计算消息摘要（如使用SHA - 256算法）。在发送交易数据时，同时发送消息摘要。接收方收到数据后，重新计算消息摘要并与接收到的摘要进行对比。如果两者一致，说明数据在传输过程中没有被篡改；如果不一致，则表明数据可能已被中间人修改，交易将被拒绝。
   • 数字签名：服务器和客户端可以使用非对称加密算法（如RSA）进行数字签名。发送方用自己的私钥对交易数据进行签名，接收方使用发送方的公钥验证签名。如果签名验证通过，说明数据确实来自声称的发送方且未被篡改，确保交易数据的完整性和不可抵赖性。
3. 访问控制：
   • 角色权限管理：系统根据用户角色分配不同的权限。例如，普通用户可能只能进行查询操作，而具有交易权限的用户才能执行资金转账等交易操作。在建立WebSocket连接后，服务器根据用户的角色和权限，对用户发送的操作请求进行验证，只有权限允许的操作才能执行。
   • IP白名单：只允许特定IP地址段的客户端连接到WebSocket服务器。对于金融交易系统，这可以限制连接来源，降低被中间人攻击的风险。例如，只允许公司内部网络IP或经过授权的特定外部IP连接。
4. 实时监控与异常检测：
   • 交易行为分析：对用户的交易行为进行实时监控和分析。例如，监测交易频率、交易金额等。如果发现异常行为，如短时间内频繁进行大额交易，系统可以自动触发警报，并暂时冻结相关账户或阻止交易，同时进行进一步的调查。
   • 流量监控：监控WebSocket连接的流量模式，检测是否有异常的流量波动。如果出现异常流量，可能意味着中间人正在进行数据注入或其他恶意操作，系统可以及时采取措施，如断开连接并进行安全审计。