网络安全

网络安全是保护网络通信免受窃听、篡改、冒充的机制。网络安全涉及加密、认证、密钥交换、证书管理等技术。

对称加密

对称加密使用相同的密钥加密和解密，算法简单、速度快。

对称加密算法

AES（Advanced Encryption Standard）：最常用的对称加密算法，支持 128、192、256 位密钥。AES 是分组加密，分组长度 128 位，支持 ECB、CBC、CFB、OFB、CTR 等模式。

ChaCha20：Google 开发的流加密算法，性能好，适合移动设备。ChaCha20-Poly1305 是 AEAD（Authenticated Encryption with Associated Data）算法，同时提供加密和认证。

对称加密的问题

密钥分发：如何安全地交换密钥？密钥在网络上传输，可能被窃听。

密钥管理：多个通信对需要多个密钥，密钥管理复杂。

非对称加密

非对称加密使用公钥加密、私钥解密，或私钥签名、公钥验证。

非对称加密算法

RSA：基于大整数分解难题，密钥长度 1024、2048、4096 位。RSA 速度慢，不适合加密大量数据，通常用于加密对称密钥。

ECC（Elliptic Curve Cryptography）：基于椭圆曲线离散对数难题，密钥长度 256、384、521 位。ECC 比 RSA 强度更高、密钥更短、速度更快。

非对称加密的应用

密钥交换：Diffie-Hellman 密钥交换，双方协商出共享密钥，不在网络上传输密钥。

数字签名：私钥签名，公钥验证。签名保证数据完整性、不可抵赖性。

证书：公钥证书绑定公钥和身份，防止中间人攻击。

TLS 协议

TLS 握手

客户端发送 Client Hello，包含支持的加密套件、随机数。

服务端回复 Server Hello，包含选择的加密套件、随机数、证书。

服务端发送证书，客户端验证证书。

（可选）服务端发送 Certificate Request，请求客户端证书。

（可选）服务端发送 Server Hello Done。

（可选）客户端发送证书，服务端验证证书。

客户端生成随机数，用服务端公钥加密，发送给服务端。双方根据客户端随机数、服务端随机数、预主密钥生成会话密钥。

客户端发送 Change Cipher Spec、Finished，表示后续消息用会话密钥加密。

服务端发送 Change Cipher Spec、Finished，表示后续消息用会话密钥加密。

双方使用会话密钥加密应用数据。

TLS 版本

SSL 2.0：已淘汰，存在安全漏洞。

SSL 3.0：已淘汰，存在 POODLE 攻击。

TLS 1.0：已淘汰，存在 RC4 弱加密算法。

TLS 1.1：已淘汰，存在 RC4 弱加密算法。

TLS 1.2：当前主流，支持 strong 加密套件。

TLS 1.3：最新版本，简化握手、0-RTT、移除不安全算法。

TLS 加密套件

加密套件格式：TLS_密钥交换_认证_加密_消息认证。

示例：TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。

ECDHE：密钥交换算法（椭圆曲线 Diffie-Hellman 临时密钥）。

RSA：认证算法（RSA 证书）。

AES_128_GCM：加密算法（AES 128 位 GCM 模式）。

SHA256：消息认证算法（SHA-256）。

推荐加密套件：TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256、TLS_ECDHE_RSA_WITH_CHACHA20_POLY1305_SHA256。

TLS 的性能

TLS 握手增加 1-2 个 RTT，连接建立慢。

TLS 加解密占用 CPU，影响吞吐量。

优化措施：Session Resumption（会话恢复，减少握手）、TLS 1.3（0-RTT 握手）、硬件加速（AES-NI 指令集加速 AES）。

证书

X.509 证书

X.509 证书是公钥证书的标准格式，包含：版本、序列号、签名算法、颁发者、有效期、主题、公钥、扩展、签名。

证书链：Root CA（根证书）→ Intermediate CA（中间证书）→ Leaf Certificate（终端证书）。客户端验证证书链，确保证书可信。

证书颁发机构（CA）

CA 是颁发证书的可信第三方，如 DigiCert、Let's Encrypt。

CA 验证申请者的身份（如域名所有权），签发证书。

客户端信任 Root CA，验证证书链。

证书类型

DV（Domain Validation）：验证域名所有权，适用于普通网站。

OV（Organization Validation）：验证组织信息，适用于企业网站。

EV（Extended Validation）：严格验证，适用于金融、支付网站。

Let's Encrypt

Let's Encrypt 是免费、自动化、开放的 CA，提供 90 天有效期的证书。

certbot 是 Let's Encrypt 的官方客户端，自动签发、续期证书。

常见网络攻击

中间人攻击

攻击者拦截通信，窃听、篡改数据。

防御措施：TLS 加密、证书验证、HSTS（HTTP Strict Transport Security）。

重放攻击

攻击者重放之前的请求，冒充合法用户。

防御措施：时间戳、nonce（随机数）、签名。

DDoS 攻击

攻击者发送大量请求，耗尽服务器资源。

防御措施：限流、黑名单、DDoS 防护服务（如 Cloudflare）。

SQL 注入

攻击者在输入中注入 SQL 代码，窃取或篡改数据。

防御措施：输入验证、参数化查询、ORM。

XSS 攻击

攻击者在页面中注入恶意脚本，窃取用户信息。

防御措施：输入验证、输出编码、CSP（Content Security Policy）。

网络安全是系统工程，需要加密、认证、密钥管理、防御攻击等多种技术。理解网络安全的原理和威胁，有助于构建安全的网络应用。