面试题：网络编程之libevent与WebSocket的优化及安全问题

Question

在基于libevent的WebSocket服务器开发中，如何针对网络延迟、高并发等场景进行性能优化？同时，针对WebSocket通信，阐述常见的安全威胁以及你会采取哪些措施来保障通信安全。

Answer 1

性能优化措施

1. 网络延迟优化
   • 连接池：建立连接池，复用已有的网络连接，减少新连接的建立开销。例如，预先创建一定数量的libevent事件监听连接，当有新的WebSocket请求时，从连接池中获取可用连接，处理完毕后再放回连接池。
   • 异步I/O：利用libevent的异步I/O特性，使用evbuffer来处理数据的读写。通过异步方式，避免在I/O操作时阻塞主线程，提高服务器的并发处理能力。比如，在接收到数据可读事件时，将数据读取到evbuffer中，然后主线程可以继续处理其他事件，之后再从evbuffer中解析数据。
   • 优化事件处理：合理设置事件的优先级，对于高优先级的事件（如心跳检测）优先处理。在libevent中，可以通过调整事件的evutil_socket_t的优先级队列来实现。同时，减少事件处理函数中的复杂逻辑，将一些耗时操作放到子线程或异步任务中处理。
2. 高并发优化
   • 多线程/多进程：采用多线程或多进程模型。例如，使用多线程模型时，主线程负责监听新的WebSocket连接，将连接分配给工作线程处理。每个工作线程管理自己的libevent事件循环，这样可以充分利用多核CPU的优势，提高服务器的并发处理能力。但要注意线程间的数据共享和同步问题，可使用互斥锁、条件变量等机制。
   • 负载均衡：在多个服务器节点之间实现负载均衡，如使用Nginx等反向代理服务器进行负载均衡。Nginx可以根据不同的策略（如轮询、IP哈希等）将WebSocket请求均匀分配到各个后端服务器上，避免单个服务器负载过高。
   • 内存优化：优化内存使用，避免频繁的内存分配和释放。对于频繁使用的数据结构（如消息缓冲区），可以使用内存池技术。例如，预先分配一块较大的内存，然后按照一定的规则在这块内存中分配和回收小块内存，减少内存碎片，提高内存使用效率。

常见安全威胁及保障措施

1. 常见安全威胁
   • 跨站WebSocket劫持（CSWSH）：攻击者利用用户的身份，在用户不知情的情况下，通过WebSocket向服务器发送恶意请求。
   • 中间人攻击：攻击者在客户端和服务器之间拦截和篡改WebSocket通信数据，如修改消息内容、窃取敏感信息等。
   • 未授权访问：未经授权的用户试图连接WebSocket服务器，获取敏感数据或执行恶意操作。
   • 注入攻击：攻击者通过在WebSocket消息中注入恶意代码，如SQL注入、命令注入等，对服务器进行攻击。
2. 保障措施
   • CSWSH防范：在WebSocket连接请求中添加随机的、难以猜测的认证令牌（如JWT），服务器在接收到连接请求时验证令牌的有效性。同时，设置HTTP-only的Cookie，防止JavaScript脚本访问Cookie，降低CSWSH攻击的风险。
   • 中间人攻击防范：使用TLS/SSL加密WebSocket通信，确保数据在传输过程中的保密性和完整性。服务器端配置有效的SSL证书，客户端验证证书的合法性，防止中间人伪造证书进行攻击。
   • 未授权访问防范：实施严格的身份认证和授权机制，如用户名/密码认证、OAuth等。在WebSocket连接建立前，验证用户的身份和权限，只有授权用户才能建立连接。同时，限制WebSocket服务器的访问来源，只允许合法的IP地址或域名进行连接。
   • 注入攻击防范：对WebSocket接收到的消息进行严格的输入验证和过滤，避免恶意代码注入。例如，对于SQL相关的操作，使用参数化查询，防止SQL注入。对于命令执行相关的操作，严格限制可执行的命令范围，避免命令注入。