https你用对了吗?

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HTTPS是HTTP over SSL/TLS,HTTP是应用层协议,TCP是传输层协议,在应用层和传输层之间,增加了一个安全套接层SSL/TLS:

SSL/TLS层负责客户端和服务器之间的加解密算法协商、密钥交换、通信连接的建立,安全连接的建立过程如下所示:

后面会单独开一篇来说明https握手过程,喜欢的可以先关注,定期发布技术文章

如何使用HTTPS

数字证书、CA与HTTPS

信息安全的基础依赖密码学,密码学涉及算法和密钥,算法一般是公开的,而密钥需要得到妥善的保护,密钥如何产生、分配、使用和回收,这涉及公钥基础设施。

公钥基础设施(PKI)是一组由硬件、软件、参与者、管理政策与流程组成的基础架构,其目的在于创造、管理、分配、使用、存储以及撤销数字证书。公钥存储在数字证书中,标准的数字证书一般由可信数字证书认证机构(CA,根证书颁发机构)签发,此证书将用户的身份跟公钥链接在一起。CA必须保证其签发的每个证书的用户身份是唯一的。

链接关系(证书链)通过注册和发布过程创建,取决于担保级别,链接关系可能由CA的各种软件或在人为监督下完成。PKI的确定链接关系的这一角色称为注册管理中心(RA,也称中级证书颁发机构或者中间机构)。RA确保公钥和个人身份链接,可以防抵赖。如果没有RA,CA的Root 证书遭到破坏或者泄露,由此CA颁发的其他证书就全部失去了安全性,所以现在主流的商业数字证书机构CA一般都是提供三级证书,Root 证书签发中级RA证书,由RA证书签发用户使用的证书。

X509证书链,左边的是CA根证书,中间的是RA中间机构,右边的是用户:

www.google.com 网站的证书链如下,CA证书机构是 GeoTrust Global CA,RA机构是 Google Internet Authority G2,网站的证书为 *.google.com:

HTTPS通信所用到的证书由CA提供,需要在服务器中进行相应的设置才能生效。另外在我们的客户端设备中,只要访问的HTTPS的网站所用的证书是可信CA根证书签发的,如果这些CA又在浏览器或者操作系统的根信任列表中,就可以直接访问,而如12306.cn网站,它的证书是非可信CA提供的,是自己签发的,所以在用谷歌浏览器打开时,会提示“您的连接不是私密连接”,证书是非可信CA颁发的:

所以在12306.cn的网站首页会提示为了我们的购票顺利,请下载安装它的根证书,操作系统安装后,就不会再有上图的提示了。

自有数字证书的生成

HTTPS网站所用的证书可向可信CA机构申请,不过这一类基本上都是商业机构,申请证书需要缴费,一般是按年缴费,费用因为CA机构的不同而不同。如果只是APP与后台服务器进行HTTPS通信,可以使用openssl工具生成自签发的数字证书,可以节约费用,不过得妥善保护好证书私钥,不能泄露或者丢失。HTTPS通信所用的数字证书格式为X.509。

自签发数字证书步骤如下:

Step1 生成自己的CA根证书

生成CA私钥文件ca.key:

openssl genrsa -out ca.key 1024

生成X.509证书签名请求文件ca.csr:

openssl req -new -key ca_private.key -out ca.csr

在生成ca.csr的过程中,会让输入一些组织信息等。

生成X.509格式的CA根证书ca_public.crt(公钥证书):

openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca_private.key -out ca_public.crt

Step2 生成服务端证书

先生成服务器私钥文件server_private.key:

openssl genrsa -out server_private.key 1024

根据服务器私钥生成服务器公钥文件server_public.pem:

openssl rsa -in server_private.key -pubout -out server_public.pem

服务器端需要向CA机构申请签名证书,在申请签名证书之前依然是创建自己的证书签名请求文件server.csr:

openssl req -new -key server_prviate.key -out server.csr

对于用于HTTPS的CSR,Common Name必须和网站域名一致,以便之后进行Host Name校验。

服务器端用server.csr文件向CA申请证书,签名过程需要CA的公钥证书和私钥参与,最终颁发一个带有CA签名的服务器端证书server.crt:

openssl x509 -req -CA ca_public.crt -CAkey ca_private.key -CAcreateserial -in server.csr -out server.crt

如果服务器端还想校验客户端的证书,可以按生成服务器端证书的形式来生成客户端证书。

使用openssl查看证书信息:

openssl x509 -in server.crt -text -noout

用web.py搭建一个简单的服务器测试生成的server.crt,文件webpytest.py为:

在本地运行web服务器程序:

python webpytest.py 1234

在safari浏览器中输入 https://0.0.0.0:1234 ,提示此证书无效(主机名不相符),因为在生成服务器端证书签名请求文件server.csr时,在Common Name中输入的是localhost,与0.0.0.0不符:

在safari浏览器中输入 https://localhost:1234 ,不再提示主机名不相符了,而是提示此证书是由未知颁发机构签名的,因为是私有CA签发的证书,私有CA不在浏览器或者操作系统的的根信任列表中

还可用以下命令查看网站证书信息:

openssl s_client -connect localhost:1234

服务器端搭建成功,接下来讲Android客户端怎么和服务端进行HTTPS通信。

使用HttpsURLConnection进行HTTPS通信

Android官网给出了使用HttpsURLConnection API访问HTTPS的网站示例:

此方法的特点:

  • 由Android系统校验服务端数字证书的合法性,用可信CA签发的数字证书的网站才可以正常访问,私有CA签发的数字证书的网站无法访问。

  • 不能抵御在用户设备上安装证书(将中间人服务器的证书放到设备的信任列表中)进行中间人攻击,做此类攻击的一般是为了分析应用和服务器的交互协议,找应用和服务器的其他漏洞。

  • 如果网站没有启用SSL site wide(use HTTPS only)或HSTS(HTTP Strict Transport Security)则无法抵御SSL Strip(HTTPS降级为HTTP)攻击,局域网攻击,如针对免费WiFi。

如果要使用私有CA签发的证书,必须重写校验证书链TrustManager中的方法,否则的话会出现javax.net.ssl.SSLHandshakeException: java.security.cert.CertPathValidatorException: Trust anchor for certification path not found。但是在重写TrustManger中的checkServerTrusted()很多开发者什么也没有做,会导致证书弱校验(没有真正校验证书)。

如下是错误的写法:

正确的写法是真正实现TrustManger的checkServerTrusted(),对服务器证书域名进行强校验或者真正实现HostnameVerifier的verify()方法。

真正实现TrustManger的checkServerTrusted()代码如下:

其中serverCert是APP中预埋的服务器端公钥证书,如果是以文件形式,其获取为如下形式:

对服务器证书域名进行强校验:

真正实现HostnameVerifier的verify()方法:

另外一种写法证书锁定,直接用预埋的证书来生成TrustManger,过程如下:

参数certStream是证书文件的InputSteam流:

另外可以用以下命令查看服务器证书的公钥:

keytool -printcert -rfc -file uwca.crt

直接复制粘贴可以将公钥信息硬编码在代码中:

可以用以下形式获取此公钥对应的X.509证书:

使用OKHttp3.0进行HTTPS通信

除了使用Android系统提供的HttpsURLconnection进行https通信,还有其他的第三方库可以使用,以OKhttp3.0为例,先看未校验服务器端证书链、未校验服务端证书域名的错误写法:

这些错误的发生其实和HttpsURLConnection的其实相同,都涉及SSLContext和HostnameVerifier,解决办法也和2.3 节相同使用HttpsURLConnection都是真正实现TrustManager和HostnameVerifier中的方法。

Webview的HTTPS安全

目前很多应用都用webview加载H5页面,如果服务端采用的是可信CA颁发的证书,在 webView.setWebViewClient(webviewClient) 时重载 WebViewClient的onReceivedSslError() ,如果出现证书错误,直接调用handler.proceed()会忽略错误继续加载证书有问题的页面,如果调用handler.cancel()可以终止加载证书有问题的页面,证书出现问题了,可以提示用户风险,让用户选择加载与否,如果是需要安全级别比较高,可以直接终止页面加载,提示用户网络环境有风险:

不建议直接用handler.proceed(),

如果webview加载https需要强校验服务端证书,可以在 onPageStarted() 中用 HttpsURLConnection 强校验证书的方式来校验服务端证书,如果校验不通过停止加载网页。当然这样会拖慢网页的加载速度,需要进一步优化,具体优化的办法不在本次讨论范围,这里也不详细讲解了。

很多APP都存在HTTPS使用不当的风险。正确使用HTTPS能有效抵御在用户设备上安装证书进行中间人攻击和SSL Strip攻击。

但是上述方法都需要在客户端中预埋证书文件,或者将证书硬编码写在代码中,如果服务器端证书到期或者因为泄露等其他原因需要更换证书,也就必须强制用户进行客户端升级,体验效果不好。APP开发者只需要将公钥放在安全组件中,安全组件的动态密钥功能可以实现公钥的动态升级。

另外正确使用HTTPS并非完全能够防住客户端的Hook分析修改,要想保证通信安全,也需要依靠其他方法,比如重要信息在交给HTTPS传输之前进行加密,另外实现客户端请求的签名处理,保证客户端与服务端通信请求不被伪造.

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