聊聊HTTPS与Android安全

HTTPS是什么？

 HTTPS并不是一个单独的协议，而是对工作在一加密连接（SSL/TLS）上的常规HTTP协议。通过在TCP和HTTP之间加入TLS（Transport Layer Security）来加密 。(注: TLS为新版本的SSL)

为何需要HTTPS？

不使用SSL/TLS的HTTP通信，就是不加密的通信。所有信息明文传播，带来了三大风险。

 - 窃听风险（eavesdropping）：第三方可以获知通信内容。 
 - 篡改风险（tampering）：第三方可以修改通信内容。
 - 冒充风险（pretending）：第三方可以冒充他人身份参与通信。

 SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的。那么SSL/TLS如何解决这三大风险呢？

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加密传播，防第三方窃听

 HTTPS一般使用的加密与HASH算法如下：

 - 非对称加密算法：RSA，DSA/DSS 
 - 对称加密算法：AES，RC4，3DES 
 - HASH算法：MD5，SHA1，SHA256

对称加密

1. 加密和解密的密钥是相同的.
2. 假设A和B之间通信，使用对称密钥是123.
3. A和B写信需要用123加密.
4. B收到A的信息，同样需要123解密。

 对称加密的最大风险在于密钥一旦泄露，那么被截获的信件内容就会被破解.

非对称加密

1. 加密和解密的密钥是不同的分为私钥和公钥。
2. 私钥: 只有一份, 保存在收信人手中。不会在通信中传输，不会被泄露。
3. 公钥:可以有多份，保存在写信人手中。
4. 假设B要给A写信: A先生成一对公钥(123)和私钥(456)
5. A要把自己的公钥(456)通过某种安全的方式(数字证书，下文会提到)交给B B用公钥(456)加密信件内容然后发给A
6. A使用私钥(123)解开内容。
7. 因此即使Step2时公钥泄露，那么即使B给A写的信被截获，由于没有A的私钥依然无法被解开。

具有校验机制，防止被篡改

使用HASH算法进行校验内容是否被篡改。

配备数字证书，防止身份被冒充

数字证书就是互联网通讯中标志通讯各方身份信息的一串数字，提供了一种在Internet上验证通信实体身份的方式，数字证书不是数字身份证，而是身份认证机构盖在数字身份证上的一个章或印（或者说加在数字身份证上的一个签名）。它是由权威机构——CA机构，又称为证书授权（Certificate Authority）中心发行的，人们可以在网上用它来识别对方的身份。

  数字证书是一个文件。此文件保存了加密过的用户的信息及公钥。

数字证书在HTTPS的什么时候会用上呢？这里就要提到HTTPS握手。

HTTPS握手过程

1. 服务端返回的数字证书(此为用户证书)，客户端（浏览器）会进行如下验证:

   1）遍历计算机以及浏览器中保存的根证书（Root CA）和中间证书              （Intermediate CA），若其中某个根证书或中间证书的公钥可以解开server端的证书，获得server的公钥和server域名. 否则握手失败。
       整个HTTPS通信的唯一核心保障就是可信的根证书。   
   
   2） 判断证书中的域名是否和正在访问的域名相同。否则认证失败，浏览器会提示证书不可信。但是握手加密依然可以继续。
   

2. 客户端(浏览器)产生一个随机的对称密钥

3. 使用证书中服务端的公钥加密此对称密钥
4. 将此已经加密过的对称密钥发给server。至此client和server都通过可靠的手段拥有对称密钥.
5. 通过对称密钥加密Http的通信内容。

 通过上述的握手过程可以知道，非对称密钥只是用来加密传输对称密钥的。因为可以保证传输中的对称密钥在传输的过程中无法被破解。所以握手之后的内容通信就是安全的。

 握手过程中涉及到两种证书：

• Https握手时Server发给Client的证书成为用户证书
• Client所在计算机中原本保存的根证书（ROOT CA）和中间证书（Intermediate CA）

Android开发中使用的Https

 当Android端有使用https的需求的时候，如果继续保持http的方式进行网络请求，就容易出现连接失败的问题。这是因为大多数情况下，Https服务器所使用的根证书是自签名的。如果设备的信任证书列表中不包含此签名机构，就会连接失败。出现这样的问题。

 一般有两种解决方案：

1. 让HttpClient信任所有的服务器证书，这种方法安全性则差一些，但实现相对简单。
2. 在发起Https连接之前，将服务器证书加到HttpClient的信任证书列表中，这个相对来说比较复杂一些，很容易出错；

下面讲解第一种的实现原理。

当实例化HttpClinet对象时要绑定https连接所使用的端口号，这里绑定了443（443是https默认的端口号，就像http的默认端口是80）。

信任所有证书

一个常见的信任所有证书的Https请求，这里我们以baidu的为例。

private void getHttps() {
        String https = "https://www.baidu.com/";
        try {
            SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
            sslContext.init(null, new TrustManager[] { new ITrustManager() }, new SecureRandom());
            HttpsURLConnection.setDefaultSSLSocketFactory(sslContext.getSocketFactory());
            HttpsURLConnection.setDefaultHostnameVerifier(new IHostnameVerifier());
            HttpsURLConnection conn = (HttpsURLConnection) new URL(https).openConnection();
            conn.setDoOutput(true);
            conn.setDoInput(true);
            conn.connect();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream()));
            StringBuffer sb = new StringBuffer();
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null)
                sb.append(line);
            text.setText(sb.toString());
        } catch (Exception e) {
            Log.e(this.getClass().getName(), e.getMessage());
        }
    }

    /**
     * 此类是用于主机名验证的基接口。
     * 在握手期间，如果 URL 的主机名和服务器的标识主机名不匹配，则验证机制可以回调此接口的实现程序来确定是否应该允许此连接。
     * 策略可以是基于证书的或依赖于其他验证方案。
     * 当验证 URL 主机名使用的默认规则失败时使用这些回调。
     * 
     * @author zhoushengtao
     *
     */
    private class IHostnameVerifier implements HostnameVerifier {

        /**
         * 验证主机名和服务器验证方案的匹配是可接受的。
         * 
         * (这里我们所有的都接受)
         * 
         * @param hostname - 主机名
         * @param session - 到主机的连接上使用的 SSLSession
         * 
         * @return 如果主机名是可接受的，则返回 true
         */
        @Override
        public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
            Log.d("https_test", "verify hostname = " + hostname );
            for (String name : session.getValueNames()) {

                Log.d("https_test", "verify session "+ name +" = " + session.getValue(name));
            }
            return true;
        }

    }

    /**
     * 此接口的实例管理使用哪一个 X509 证书来验证远端的安全套接字。
     * 决定是根据信任的证书授权、证书撤消列表、在线状态检查或其他方式做出的。
     * 
     * @author zhoushengtao
     *
     */
    private class ITrustManager implements X509TrustManager {

        /**
         *  
         *  给出同位体提供的部分或完整的证书链，构建到可信任的根的证书路径，
         *  并且返回是否可以确认和信任将其用于基于验证类型的客户端 SSL 验证。
         *  验证类型由实际使用的证书确定。
         *   例如，如果使用 RSAPublicKey，则 authType 应为 "RSA"。检查是否大小写敏感的。
         *   
         *   @param chain - 同位体的证书链
         *   @param authType - 基于客户端证书的验证类型
         *   @throws CertificateException - 如果证书链不受此 TrustManager 信任。
         *   
         */
        @Override
        public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {
            Log.d("https_test", "checkClientTrusted authType = " + authType);
            for (X509Certificate certificate : chain) {
                Log.d("https_test", "checkClientTrusted certificate = " + certificate.toString());
            }

        }

        /**
         * 给出同位体提供的部分或完整的证书链，构建到可信任的根的证书路径，
         * 并且返回是否可以确认和信任将其用于基于验证类型的服务器 SSL 验证。 
         * 验证类型是表示为一个 String 的密码套件的密钥交换算法部分，例如 "RSA"、"DHE_DSS"。
         * 
         * 注：对于一些可输出的密码套件，密钥交换算法是在运行时的联络期间确定的。
         * 例如，对于 TLS_RSA_EXPORT_WITH_RC4_40_MD5，当临时的 RSA 密钥
         *  用于密钥交换时 authType 应为 RSA_EXPORT，当使用来自服务器证书的密钥时 authType 
         *  应为 RSA。检查是否大小写敏感的。
         *  
         *  @param chain - 同位体的证书链
         *  @param authType - 使用的密钥交换算法
         *  @throws CertificateException - 如果证书链不受此 TrustManager 信任。
         */
        @Override
        public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {
            Log.d("https_test", "checkServerTrusted authType = " + authType);
            for (X509Certificate certificate : chain) {
                Log.d("https_test", "checkServerTrusted certificate = " + certificate.toString());
            }
        }

        /**
         * 返回受验证同位体信任的认证中心的数组。
         * 
         * @return 可接受的 CA 发行者证书的非 null（可能为空）的数组。
         */
        @Override
        public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
            return null;
        }

    }
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受信任的Https请求

当然信任所有的证书，风险性还是很大的。

一般我们的操作步骤是：

1. 导出公钥：在浏览器上用https访问tomcat，查看其证书，并另存为一个文件(存成了X.509格式：xxxx.cer)，这里我们到处的是baidu.cer
2. 导入公钥：把xxxx.cer放在Android的assets文件夹中，以方便在运行时通过代码读取此证书。

使用HttpClient请求，代码如下：

 public String requestHTTPSPage(String mUrl) {
        InputStream inputStream = null;
        String result = "";
        try {
            inputStream = getAssets().open("baidu.cer"); // 下载的证书放到项目中的assets目录中
            CertificateFactory cerFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
            Certificate cer = cerFactory.generateCertificate(inputStream);
            KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("PKCS12", "BC");
            keyStore.load(null, null);
            keyStore.setCertificateEntry("trust", cer);

            SSLSocketFactory socketFactory = new SSLSocketFactory(keyStore);
            // Https 默认请求端口 443
            Scheme scheme = new Scheme("https", socketFactory, 443);
            HttpClient mHttpClient = new DefaultHttpClient();
            mHttpClient.getConnectionManager().getSchemeRegistry().register(scheme);

            BufferedReader reader = null;
            try {
                Log.d(TAG, "executeGet is in,murl:" + mUrl);
                HttpGet request = new HttpGet();
                request.setURI(new URI(mUrl));
                HttpResponse response = mHttpClient.execute(request);
                if (response.getStatusLine().getStatusCode() != 200) {
                    request.abort();
                    return result;
                }

                reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(response.getEntity().getContent()));
                StringBuffer buffer = new StringBuffer();
                String line = null;
                while ((line = reader.readLine()) != null) {
                    buffer.append(line);
                }
                result = buffer.toString();
                Log.d(TAG, "mUrl=" + mUrl + "\nresult = " + result);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (reader != null) {
                    reader.close();
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (inputStream != null)
                    inputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return result;
    }
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中间人攻击

中间人攻击（Man-in-the-MiddleAttack，简称“MITM攻击”）是一种“间接”的入侵攻击

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 假设A是服务器，B是用户，B向A发起HTTPS连接，于是A需要将自己的公钥发给B。中间人C通过某种手段可以截获并伪造AB之间的通讯（比如GFW或者共享wifi等）。

 那么C可以伪造一份A的公钥，并保有这分假公钥的私钥；然后截获A发给B的真公钥，并伪造自己的身份，让B认为自己就是A，并把伪造的公钥发给B；

 如此一来，B会通过伪造的公钥给A发送密文，而C就可以截获这些密文并利用手中的私钥轻易的解密这些密文了；

 然后将这些密文通过正确的公钥转发给服务器A，这样AB之间的通讯仍将继续，AB在毫不知情的情况下被中间人把证书“偷梁换柱”，从而达成了中间人攻击，AB之间的非对称加密形同虚设，从而TLS协议的对称加密的密钥就能被C轻易的获取。

 如此，TLS完全告破。

总结：如果你安装了 中间人（代理服务器）自己生成的根证书，那么就中招了。

举个例子：

    Fiddler对https的抓取就是靠中间人攻击的方式。

打开Fiddler ,Tools->Fiddler options->HTTPS中的https capture，那么fidder会提示你安装一个fiddler自己生成的根证书(fiddler自己作为CA)名为DO_NOT_TRUST_FIDDLER_ROOT的根证书。

之后当浏览器访问的每个https的域名(如www.baidu.com等)：

fiddler会作为客户端先解开https内容

使用自己作为CA(名为DO_NOT_TRUST_FIDDLER_ROOT)的私钥，对baidu这个域名颁发一个用户证书。

https握手时向浏览器发送这个用户证书

浏览器收到fiddler作为server端返回的https回应时:

 尝试解开server发来的用户证书，由于已经安装了fiddler的根证书，因此可以解开。

 其中的域名是baidu.com，同浏览器访问的域名一致，因此证书这一部分就验证成功了。接下来的握手就自然可以完成。

 那么，CA机构到底是什么呢？

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CA，证书链，根证书

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数字证书认证机构（CA）

• 它的出现就是为了防止中间人攻击的。
• 防止中间人攻击，说白了就是要确保B收到的A的公钥（证书）真实有效，这样数字证书认证机构应运而生。

• 数字证书认证机构说白了就相当于一个受信任的中间人。CA有一对根密钥，其公钥称为根证书。

  A向CA申请一个证书，则CA利用其私钥加密A的公钥，其结果就是“服务器A，通过CA验证的证书”。
  
  而在用户的操作系统（或者浏览器）中，会集成世界范围内所有被信任的CA的根证书。
  
  这样，用户B在收到A发送给他的证书后，需要利用CA的根证书（公钥）解密后才能得到正确的公钥，如此一来，就完成了对A发送过来的信息的验证，证明了A的正身，不是C伪造的假证书，从而达成了中间人攻击的防范。
  

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数字证书从何而来

对于根证书（ROOT CA）和中间证书（Intermediate CA）

• 在用户的操作系统（或者浏览器）中，会集成世界范围内所有被信任的CA的根证书。
• 安装软件时顺带安装，如支付宝安全控件等，此时软件会请求管理员权限（流氓…）。
• 用户自己下载安装,如12306网站

对于用户证书
比如www.alipay.com的证书，是支付宝公司通过如versign之类相关认证机构去资质审核以及缴费获得的。那么https访问中，server发来的数字证书长啥样呢？

支付宝www.alipay.com的证书
点击浏览器导航栏左上角的小锁

www.alipay.com证书路径中有三层，表示三级证书链。那么什么是证书链呢？

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证书链

CA证书分为两类：

1. 根证书（Root CA）
2. 中间证书（Intermediate CA）。

 但是根证书的使用是收到严格限制的，不可能对于每一类用户都使用根证书去签发子数字证书，所以就有了中间证书的概念。

 中间证书由根证书或上一级中间证书签发，它可以再往下级签发数字证书。

 例如我们自己为某个域名申请了证书 My CA，那么对于三级证书链，它的签发过程如下：

    Root CA 签发 Intermediate CA， Intermediate CA 签发 My CA这时我们就可以用My CA去给域名作数字认证了。

 上面讲到的签发关系很像链式结构，所以被称作证书链。

 验证的过程可想而知，就是签发的逆过程，这是通过证书链来完成的:

 - 浏览器会在计算机以及浏览器的证书列表中查找此CA是否可信, 如果有则认为My CA是可信的；
 - 如果没有，继续往上找，直到根证书：
 - 如果根证书是可信的，那么整条证书链就是可信的；
 - 如果根证书不可信，那么My CA将被认作是不可信的，浏览器就会发出警告。

所以说，对于刚才www.alipay.com的3级证书链来说:

• 根证书(ROOT CA)是Versign Class3 Public xxxx
• 中间证书(Intermediate CA)是 Symantec Class 3 Secure Server xxxx

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如何查看已经安装的数字证书

• 对于windows平台：win+R， 输入certmgr.msc
• 对于Ubuntu: 放在/usr/share/ca-certificates/中

有风险的根证书

 查看了自己电脑的证书，发现很多根证书都不知道从何而来的，（估计是其他插件捆绑安装来的）

 整个HTTPS通信的唯一核心保障就是可信的根证书。这种自己安装不可信的根证书会有遭到中间人攻击的风险。

（一）http://blog.csdn.net/yzzst/article/details/46693685

（二）http://blog.csdn.net/yzzst/article/details/46739581