HTTPS那些事（一）HTTPS原理

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谈一下， 个人对这个HTTPS 的理解：HTTPS 使用 TLS/SSL 加密传输的数据信息。

1.选择相互的加密算法和hash算法， hash 是为了保证数据完整性。

2. 使用非对称加密约定相互传输所用的随机密码

3. 利用这个约定好的随机密码， 使用对称加密手段来传输数据

HTTPS那些事（一）HTTPS原理

谣言粉碎机前些日子发布的《用公共WiFi上网会危害银行账户安全吗？》，文中介绍了在使用HTTPS进行网络加密传输的一些情况，从回复来看，争议还是有的。随着网络越来越普及，应用越来越广泛，一些网络安全问题也会越来越引起网民的关注，在这里和大家一起聊聊TLS/SSL也就是我们常说的HTTPS，从原理到实际应用看清它到底是怎么一回事，以及在使用HTTPS要注意哪些问题以及相关的安全技巧。
网络安全是一个整体的事件，涉及到个人计算机的安全，协议的安全，传输数据的安全，以及软件开发公司和网站的安全，单纯的依靠一个HTTPS协议并不能解决所有的问题。希望通过今后一点一点的对安全相关的问题进行说明解释，能让更多人对网络安全有所了解，从而更安全的使用网络。
文章会比较长，暂时计划分成三个部分：
第一部分主要描述HTTPS的原理；第二部分主要描述SSL证书验证的过程与使用的一些注意事项；第三部分会呈现一些针对HTTPS攻击的实例。如果有需要，我会后续的补充一些内容。
我尽量使用最简洁的语言来描述相关的概念，这里开始先挖个坑，然后慢慢地填。

HTTPS那些事（二）SSL证书
HTTPS那些事（三）攻击实例与防御

一、什么是HTTPS
在说HTTPS之前先说说什么是HTTP，HTTP就是我们平时浏览网页时候使用的一种协议。HTTP协议传输的数据都是未加密的，也就是明文的，因此使用HTTP协议传输隐私信息非常不安全。为了保证这些隐私数据能加密传输，于是网景公司设计了SSL（Secure Sockets Layer）协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密，从而就诞生了HTTPS。SSL目前的版本是3.0，被IETF（Internet Engineering Task Force）定义在RFC 6101中，之后IETF对SSL 3.0进行了升级，于是出现了TLS（Transport Layer Security） 1.0，定义在RFC 2246。实际上我们现在的HTTPS都是用的TLS协议，但是由于SSL出现的时间比较早，并且依旧被现在浏览器所支持，因此SSL依然是HTTPS的代名词，但无论是TLS还是SSL都是上个世纪的事情，SSL最后一个版本是3.0，今后TLS将会继承SSL优良血统继续为我们进行加密服务。目前TLS的版本是1.2，定义在RFC 5246中，暂时还没有被广泛的使用。
对历史感兴趣的朋友可以参考http://en.wikipedia.org/wiki/Transport_Layer_Security，这里有对TLS/SSL详尽的叙述。
二、HTTPS到底安全吗？
这个答案是肯定的，很安全。谷歌公司已经行动起来要大力推广HTTPS的使用，在未来几周，谷歌将对全球所有本地域名都启用HTTPS，用户只要在搜索前用Google帐号登录，之后所有的搜索操作都将使用TLS协议加密，见：http://thenextweb.com/google/2012/03/05/google-calls-for-a-more-secure-web-expands-ssl-encryption-to-local-domains/。
三、HTTPS的工作原理
HTTPS在传输数据之前需要客户端（浏览器）与服务端（网站）之间进行一次握手，在握手过程中将确立双方加密传输数据的密码信息。TLS/SSL协议不仅仅是一套加密传输的协议，更是一件经过艺术家精心设计的艺术品，TLS/SSL中使用了非对称加密，对称加密以及HASH算法。握手过程的简单描述如下：
1.浏览器将自己支持的一套加密规则发送给网站。
2.网站从中选出一组加密算法与HASH算法，并将自己的身份信息以证书的形式发回给浏览器。证书里面包含了网站地址，加密公钥，以及证书的颁发机构等信息。
3.获得网站证书之后浏览器要做以下工作：
a) 验证证书的合法性（颁发证书的机构是否合法，证书中包含的网站地址是否与正在访问的地址一致等），如果证书受信任，则浏览器栏里面会显示一个小锁头，否则会给出证书不受信的提示。
b) 如果证书受信任，或者是用户接受了不受信的证书，浏览器会生成一串随机数的密码，并用证书中提供的公钥加密。
c) 使用约定好的HASH计算握手消息，并使用生成的随机数对消息进行加密，最后将之前生成的所有信息发送给网站。
4.网站接收浏览器发来的数据之后要做以下的操作：
a) 使用自己的私钥将信息解密取出密码，使用密码解密浏览器发来的握手消息，并验证HASH是否与浏览器发来的一致。
b) 使用密码加密一段握手消息，发送给浏览器。
5.浏览器解密并计算握手消息的HASH，如果与服务端发来的HASH一致，此时握手过程结束，之后所有的通信数据将由之前浏览器生成的随机密码并利用对称加密算法进行加密。
这里浏览器与网站互相发送加密的握手消息并验证，目的是为了保证双方都获得了一致的密码，并且可以正常的加密解密数据，为后续真正数据的传输做一次测试。另外，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
其中非对称加密算法用于在握手过程中加密生成的密码，对称加密算法用于对真正传输的数据进行加密，而HASH算法用于验证数据的完整性。由于浏览器生成的密码是整个数据加密的关键，因此在传输的时候使用了非对称加密算法对其加密。非对称加密算法会生成公钥和私钥，公钥只能用于加密数据，因此可以随意传输，而网站的私钥用于对数据进行解密，所以网站都会非常小心的保管自己的私钥，防止泄漏。
TLS握手过程中如果有任何错误，都会使加密连接断开，从而阻止了隐私信息的传输。正是由于HTTPS非常的安全，攻击者无法从中找到下手的地方，于是更多的是采用了假证书的手法来欺骗客户端，从而获取明文的信息，但是这些手段都可以被识别出来，我将在后续的文章进行讲述。不过2010年还是有安全专家发现了TLS 1.0协议处理的一个漏洞：http://www.theregister.co.uk/2011/09/19/beast_exploits_paypal_ssl/，实际上这种称为BEAST的攻击方式早在2002年就已经被安全专家发现，只是没有公开而已。目前微软和Google已经对此漏洞进行了修复。见：http://support.microsoft.com/kb/2643584/en-ushttps://src.chromium.org/viewvc/chrome?view=rev&revision=9064
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HTTPS那些事（三）攻击实例与防御

在《HTTPS那些事（二）SSL证书》我描述了使用SSL证书时一些需要注意的安全问题，在这一篇文章里面我再演示一下针对HTTPS攻击的一些实例，通过这些实例能更安全的使用HTTPS。知己知彼百战不殆。
先说一下我的测试环境，WIFI局域网，两台计算机，其中一台是Windows 7用于发起攻击。另一台测试机用于测试攻击，配置为Windows XP SP3，IE8，Chrome 17。

在开始之前，再回顾一下SSL证书验证失败的三点原因：

1. SSL证书不是由受信任的CA机构颁发的
2. 证书过期
3. 访问的网站域名与证书绑定的域名不一致

一、SSL劫持攻击
SSL劫持也就是SSL证书欺骗攻击，攻击者为了获得HTTPS传输的明文数据，需要先将自己接入到浏览器与目标网站之间（中间人），在传输数据的过程中，替换目标网站发给浏览器的证书，之后解密传输中的数据，简单的图示如下：
[浏览器] <======> [目标网站] （正常情况）
[浏览器] <======> 中间人 <======> [目标网站] （中间人攻击）
中间人攻击最好的环境是在局域网中，局域网中所有的计算机需要通过一个固定的出口（网关）来接入互联网，因此攻击者只需要在局域网中实施一次中间人攻击就可以顺利的截获所有计算机与网关之间传输的数据。
下图就是在我的测试环境中实施一次中间人攻击之后进行的SSL证书欺骗工具，可以看到此时被欺骗的机器，浏览器已经给出证书错误的安全提示：


看到这样的提示，正常情况应该停止访问，如果继续访问，所有加密传输的数据都可以被攻击者解密。在这里我选择继续访问来看一下伪造的SSL证书信息。

这里可以看到，假证书中“颁发给”，“颁发者”，“有效日期”与真证书一样（见下图），攻击者可以在生成证书的时候给假证书写入与原始证书一样的信息来迷惑用户，但是迷惑不了证书的验证机制。对于普通用户来说，一定要看清浏览器的警告信息，如果有问题，就不要再继续访问。

二、SSLStrip攻击
SSLStrip攻击也需要将攻击者设置为中间人，之后将HTTPS访问替换为HTTP返回给浏览器，由于HTTP协议传输的数据是未加密的，从而截获用户访问的数据。举个例子，当我们访问hotmail.com的时候会重定向到一个https://login.live.com的一个HTTPS的地址上，SSLStrip会代替用户与服务器通信，并将这个地址改为http://login.live.com（注意这个地址在http后面没有s）返回给浏览器，此时如果用户继续登录的话，攻击者就会截取到用户的密码。这种攻击非常对普通用户非常具有迷惑性，但是防御却非常的简单：

1. 对于网站来说，在配置HTTPS服务的时候加上“HTTP Strict Transport Security”配置项；或者是在代码中将所有HTTP的请求强制转移到HTTPS上，使用URL REWRITE也可以达到同样的效果。
2. 对于关键的信息，例如用户登录网站的ID和密码，在发送之前先用JavaScript进行一次加密处理，这种方法不但是对SSLStrip有效，对SSL劫持攻击也有效，甚至是即便使用HTTP协议来传输用户登录的ID和密码都是安全的。这个功能果壳网就支持。
3. 对于用户来说，在访问那些支持HTTPS的网站的时候，在浏览器的地址栏输入URL时强制的加上“https://”，大多数用户平时不注意这点，比如访问gmail，我们一般就输入“gmail.com”，如果是输入“https://gmail.com”就可以避免SSLStrip的攻击。对于使用脚本实现地址跳转也需要注意这个问题，location.href之后的URL，一定要强制加上“https://”。

由于防御SSLStrip攻击比较简单，大多数的网站都已经做好了安全方面的配置，但也有少数的网站仍然没有重视这个问题。

三、第三类攻击
所谓第三类攻击，完全就是软件厂商在软件的设计过程中忽略的了安全的问题，比如说前段时间某个手机浏览器就干了这么一件糗事。实际上这也是一种普遍存在的情况，程序的bug、漏洞，设计缺陷，都会打破一些安全模型。对于这种情况，软件厂商在软件设计阶段要充分考虑安全的问题，并且及时更新程序中的缺陷与安全漏洞；作为用户要及时的更新应用程序或者系统补丁，从而减少安全威胁。

目前最为常见的手段仍然是SSL劫持攻击，但无论是什么攻击手段，基础的利用都是局域网的中间人攻击，这种攻击手段非常的实用，尤其是在公共网络中。针对SSL的中间人攻击对普通用户来说或许还好识别一些，但是我们大多数情况访问的都是HTTP网站，传输的数据都是明文的，在这种情况下中间人攻击是不容易被发现的。对于普通用户，可以用以下的办法来防御局域网中间人攻击：

1. 公司办公网络一定要在交换机上进行MAC地址绑定，对于一些规模不大，暂时不考虑加固内网的公司可以采取下面我说的方法。
2. 临时接入公共网络的计算机，可以临时开启安全软件内的ARP防火墙。或者是使用VPN。
3. 对于一些不喜欢安装安全软件的用户，可以使用stunnel配置代理或者是使用SSH转SOCKS 5代理。但是这需要用户有独立的服务器。
4. 使用GoAgent代理工具，GoAgent与stunnel类似，都是一种使用ssl tunnel对传输进行加密的工具。即便是访问HTTP网站，GoAgent也可以像stunnel那样对传输进行加密，可以保证浏览网页，访问WEB邮箱的安全。GoAgent使用的是Google App Engine服务器，因此访问国内网站的速度会比较慢，对于这种情况可以使用Sina App Engine，具体配置方法可以在搜索引擎中用“goagent sae”作为关键字进行搜索。
5. 在公共网络如果要进行商务办公，最好是用公司提供的VPN来对传输进行加密。

最后再说说手机上网，目前公共WIFI越来越普及，手机上网也越来越方便，因此也需要重视数据传输过程中的安全问题。虽然GoAgent也有支持Android和iOS的版本，但如果要使用在线支付之类的功能，最好是利用官方出的应用来进行操作。针对手机的安全防护目前还没有计算机那么强大，因此在没有办法保证传输加密数据之前，最好不要用手机来做什么涉及到隐私或者是商业保密的工作。