基于HTTPS的中间人攻击-BaseProxy

前言

在上一篇文章BaseProxy:异步http/https代理中,我介绍了自己的开源项目BaseProxy，这个项目的初衷其实是为了渗透测试，抓包改包。在知识星球中，有很多朋友问我这个项目的原理及实现代码，本篇文章就讲解一下和这个项目相关的HTTPS的中间人攻击。

HTTPS隧道代理

HTTPS隧道代理简单来说是基于TCP协议数据透明转发，在RFC中，为这类代理给出了规范，Tunneling TCP based protocols through Web proxy servers。浏览器客户端发送的原始 TCP 流量，代理发送给远端服务器后，将接收到的 TCP 流量原封不动返回给浏览器。交互流程如下图所示：

HTTP权威指南

以连接百度为例，浏览器首先发起 CONNECT 请求：

CONNECT baidu.com:443 HTTP/1.1

代理收到这样的请求后，根据 host 地址与服务器建立 TCP 连接，并返回给浏览器连接成功的HTTP 报文（没有报文体）：

HTTP/1.1 200 Connection Established

浏览器一旦收到这个响应报文，就可认为与服务器的 TCP 连接已打通，后续可直接透传。

在BaseProxy项目中，https=False是对于https实行透传。

HTTPS中间人攻击

HTTPS 代理本质上是隧道透传，仅仅是转发 TCP 流量，无法获取其中的GET/POST请求的具体内容。这就很麻烦，现在 HTTPS 越来越普遍，做安全测试也就拿不到 HTTP 请求。那怎么做呢？ 代理需要对 TCP 流量进行解密，然后对明文的HTTP请求进行分析，这样的代理就称为HTTPS中间人。

正常的HTTPS隧道

HTTPS隧道

在上图中，隧道代理负责浏览器和服务器之间的TCP流量的转发。

HTTPS中间人

如果需要对TCP流量进行分析和修改，就要将上图中的代理功能一分为二，即代理既要当做TLS服务端，又要当做TLS客户端，如下图所示。

HTTPS中间人

在上图中，用一个 TLS 服务器伪装成远端的真正的服务器，接收浏览器的 TLS 流量，解析成明文。这个时候可以对明文进行分析修改，然后用明文作为原始数据，模拟 TLS 客户端将原始数据向远端服务器转发。

CA证书问题

CA证书是我当时遇到的坑，之前没接触过。HTTPS传输是需要证书的，用来对HTTP明文请求进行加解密。一般正常网站的证书都是由合法的 CA 签发，则称为合法证书。在上图中，浏览器会验证隧道代理中 TLS 服务器 的证书：

1. 验证是否是合法 CA 签发。
2. 验证该证书 CN 属性是否是所请求的域名。即若浏览器打开 www.baidu.com，则返回的证书 CN 属性必须是 www.baidu.com。

对于第一点，合法的 CA 机构不会给我们签发证书的，否则HTTPS安全性形同虚设，因此我们需要自制CA证书，并导入到浏览器的信任区中。

对于第二点，我们由于需要对各个网站进行HTTPS拦截，因此我们需要实时生成相应域名的服务器证书，并使用自制的CA证书进行签名。

BaseProxy源码分析

通过以上的讲解，HTTPS中间人的原理已经基本清楚，下面简要地说明一下BaseProxy源码。

HTTP服务器

代理其实就是一个HTTPS服务器，使用了Python中的HTTPServer类，为了增加异步特性，将其放到线程池中。

class MitmProxy(HTTPServer):

    def __init__(self,server_addr=('', 8788),RequestHandlerClass=ProxyHandle, bind_and_activate=True,https=True):
        HTTPServer.__init__(self,server_addr,RequestHandlerClass,bind_and_activate)
        logging.info('HTTPServer is running at address( %s , %d )......'%(server_addr[0],server_addr[1]))
        self.req_plugs = []##请求拦截插件列表
        self.rsp_plugs = []##响应拦截插件列表
        self.ca = CAAuth(ca_file = "ca.pem", cert_file = 'ca.crt')
        self.https = https

    def register(self,intercept_plug):

        if not issubclass(intercept_plug, InterceptPlug):
            raise Exception('Expected type InterceptPlug got %s instead' % type(intercept_plug))

        if issubclass(intercept_plug,ReqIntercept):
            self.req_plugs.append(intercept_plug)

        if issubclass(intercept_plug,RspIntercept):
            self.rsp_plugs.append(intercept_plug)

class AsyncMitmProxy(ThreadingMixIn,MitmProxy):

    pass

HTTPS请求与响应

对HTTP请求的解析与响应，关键在于ProxyHandle类，实现其中的do_CONNECT和do_GET方法，并在do_CONNECT方法中判断是使用透传模式还是中间人模式。

class ProxyHandle(BaseHTTPRequestHandler):

    def __init__(self,request,client_addr,server):
        self.is_connected = False
        BaseHTTPRequestHandler.__init__(self,request,client_addr,server)

    def do_CONNECT(self):
        '''
        处理https连接请求
        :return:
        '''
        self.is_connected = True#用来标识是否之前经历过CONNECT
        if self.server.https:
            self.connect_intercept()
        else:
            self.connect_relay()

    def do_GET(self):
        '''
        处理GET请求
        :return:
        '''
      ......

    do_HEAD = do_GET
    do_POST = do_GET
    do_PUT = do_GET
    do_DELETE = do_GET
    do_OPTIONS = do_GET

CA证书生成以及代理证书的自签名

与CA证书相关的内容都放在了CAAuth类中。生成CA证书代码如下：

def _gen_ca(self,again=False):
        # Generate key
        #如果证书存在而且不是强制生成，直接返回证书信息
        if os.path.exists(self.ca_file_path) and os.path.exists(self.cert_file_path) and not again:
            self._read_ca(self.ca_file_path) #读取证书信息
            return
        self.key = PKey()
        self.key.generate_key(TYPE_RSA, 2048)
        # Generate certificate
        self.cert = X509()
        self.cert.set_version(2)
        self.cert.set_serial_number(1)
        self.cert.get_subject().CN = 'baseproxy'
        self.cert.gmtime_adj_notBefore(0)
        self.cert.gmtime_adj_notAfter(315360000)
        self.cert.set_issuer(self.cert.get_subject())
        self.cert.set_pubkey(self.key)
        self.cert.add_extensions([
            X509Extension(b"basicConstraints", True, b"CA:TRUE, pathlen:0"),
            X509Extension(b"keyUsage", True, b"keyCertSign, cRLSign"),
            X509Extension(b"subjectKeyIdentifier", False, b"hash", subject=self.cert),
        ])
        self.cert.sign(self.key, "sha256")
        with open(self.ca_file_path, 'wb+') as f:
            f.write(dump_privatekey(FILETYPE_PEM, self.key))
            f.write(dump_certificate(FILETYPE_PEM, self.cert))

        with open(self.cert_file_path, 'wb+') as f:
            f.write(dump_certificate(FILETYPE_PEM, self.cert))

根据域名实时生成服务器证书，并对服务器证书进行自签名。代码如下：

def _sign_ca(self,cn,cnp):
        #使用合法的CA证书为代理程序生成服务器证书
        # create certificate
        try:

            key = PKey()
            key.generate_key(TYPE_RSA, 2048)

            # Generate CSR
            req = X509Req()
            req.get_subject().CN = cn
            req.set_pubkey(key)
            req.sign(key, 'sha256')

            # Sign CSR
            cert = X509()
            cert.set_version(2)
            cert.set_subject(req.get_subject())
            cert.set_serial_number(self.serial)
            cert.gmtime_adj_notBefore(0)
            cert.gmtime_adj_notAfter(31536000)
            cert.set_issuer(self.cert.get_subject())
            ss = ("DNS:%s" % cn).encode(encoding="utf-8")

            cert.add_extensions(
                [X509Extension(b"subjectAltName", False, ss)])

            cert.set_pubkey(req.get_pubkey())
            cert.sign(self.key, 'sha256')

            with open(cnp, 'wb+') as f:
                f.write(dump_privatekey(FILETYPE_PEM, key))
                f.write(dump_certificate(FILETYPE_PEM, cert))
        except Exception as e:
            raise Exception("generate CA fail:{}".format(str(e)))

最后

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