AFNetworking2.0源码解析

本篇说说安全相关的AFSecurityPolicy模块，AFSecurityPolicy用于验证HTTPS请求的证书，先来看看HTTPS的原理和证书相关的几个问题。

HTTPS

HTTPS连接建立过程大致是，客户端和服务端建立一个连接，服务端返回一个证书，客户端里存有各个受信任的证书机构根证书，用这些根证书对服务端 返回的证书进行验证，经验证如果证书是可信任的，就生成一个pre-master  secret，用这个证书的公钥加密后发送给服务端，服务端用私钥解密后得到pre-master secret，再根据某种算法生成master  secret，客户端也同样根据这种算法从pre-master secret生成master secret，随后双方的通信都用这个master  secret对传输数据进行加密解密。

以上是简单过程，中间还有很多细节，详细过程和原理已经有很多文章阐述得很好，就不再复述，推荐一些相关文章：
关于非对称加密算法的原理：RSA算法原理<一>、<二>
关于整个流程：HTTPS那些事<一>、<二>、<三>
关于数字证书：浅析数字证书

这里说下一开始我比较费解的两个问题：

1.证书是怎样验证的？怎样保证中间人不能伪造证书？

首先要知道非对称加密算法的特点，非对称加密有一对公钥私钥，用公钥加密的数据只能通过对应的私钥解密，用私钥加密的数据只能通过对应的公钥解密。

我们来看最简单的情况：一个证书颁发机构(CA)，颁发了一个证书A，服务器用这个证书建立https连接。客户端在信任列表里有这个CA机构的根证书。

首先CA机构颁发的证书A里包含有证书内容F，以及证书加密内容F1，加密内容F1就是用这个证书机构的私钥对内容F加密的结果。（这中间还有一次hash算法，略过。）

建立https连接时，服务端返回证书A给客户端，客户端的系统里的CA机构根证书有这个CA机构的公钥，用这个公钥对证书A的加密内容F1解密得 到F2，跟证书A里内容F对比，若相等就通过验证。整个流程大致是：F->CA私钥加密->F1->客户端CA公钥解密->F。 因为中间人不会有CA机构的私钥，客户端无法通过CA公钥解密，所以伪造的证书肯定无法通过验证。

2.什么是SSL Pinning？

可以理解为证书绑定，是指客户端直接保存服务端的证书，建立https连接时直接对比服务端返回的和客户端保存的两个证书是否一样，一样就表明证书 是真的，不再去系统的信任证书机构里寻找验证。这适用于非浏览器应用，因为浏览器跟很多未知服务端打交道，无法把每个服务端的证书都保存到本地，但CS架 构的像手机APP事先已经知道要进行通信的服务端，可以直接在客户端保存这个服务端的证书用于校验。

为什么直接对比就能保证证书没问题？如果中间人从客户端取出证书，再伪装成服务端跟其他客户端通信，它发送给客户端的这个证书不就能通过验证吗？确 实可以通过验证，但后续的流程走不下去，因为下一步客户端会用证书里的公钥加密，中间人没有这个证书的私钥就解不出内容，也就截获不到数据，这个证书的私 钥只有真正的服务端有，中间人伪造证书主要伪造的是公钥。

为什么要用SSL  Pinning？正常的验证方式不够吗？如果服务端的证书是从受信任的的CA机构颁发的，验证是没问题的，但CA机构颁发证书比较昂贵，小企业或个人用户 可能会选择自己颁发证书，这样就无法通过系统受信任的CA机构列表验证这个证书的真伪了，所以需要SSL Pinning这样的方式去验证。

AFSecurityPolicy

NSURLConnection已经封装了https连接的建立、数据的加密解密功能，我们直接使用NSURLConnection是可以访问 https网站的，但NSURLConnection并没有验证证书是否合法，无法避免中间人攻击。要做到真正安全通讯，需要我们手动去验证服务端返回的 证书，AFSecurityPolicy封装了证书验证的过程，让用户可以轻易使用，除了去系统信任CA机构列表验证，还支持SSL  Pinning方式的验证。使用方法：

//把服务端证书(需要转换成cer格式)放到APP项目资源里，AFSecurityPolicy会自动寻找根目录下所有cer文件
AFSecurityPolicy *securityPolicy = [AFSecurityPolicy policyWithPinningMode:AFSSLPinningModePublicKey];
securityPolicy.allowInvalidCertificates = YES;
[AFHTTPRequestOperationManager manager].securityPolicy = securityPolicy;
[manager GET:@ "https://example.com/"  parameters:nil success:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id responseObject) {
} failure:^(AFHTTPRequestOperation *operation, NSError *error) {
}];

AFSecurityPolicy分三种验证模式：

AFSSLPinningModeNone

这个模式表示不做SSL pinning，只跟浏览器一样在系统的信任机构列表里验证服务端返回的证书。若证书是信任机构签发的就会通过，若是自己服务器生成的证书，这里是不会通过的。

AFSSLPinningModeCertificate

这个模式表示用证书绑定方式验证证书，需要客户端保存有服务端的证书拷贝，这里验证分两步，第一步验证证书的域名/有效期等信息，第二步是对比服务端返回的证书跟客户端返回的是否一致。

这里还没弄明白第一步的验证是怎么进行的，代码上跟去系统信任机构列表里验证一样调用了SecTrustEvaluate，只是这里的列表换成了客户端保存的那些证书列表。若要验证这个，是否应该把服务端证书的颁发机构根证书也放到客户端里？

AFSSLPinningModePublicKey

这个模式同样是用证书绑定方式验证，客户端要有服务端的证书拷贝，只是验证时只验证证书里的公钥，不验证证书的有效期等信息。只要公钥是正确的，就能保证通信不会被窃听，因为中间人没有私钥，无法解开通过公钥加密的数据。

整个AFSecurityPolicy就是实现这这几种验证方式，剩下的就是实现细节了，详见源码。

// AFSecurity.m
//
// Copyright (c) 2013-2014 AFNetworking (http://afnetworking.com)
//
// Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
// of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
// in the Software without restriction, including without limitation the rights
// to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell
// copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
// furnished to do so, subject to the following conditions:
//
// The above copyright notice and this permission notice shall be included in
// all copies or substantial portions of the Software.
//
// THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
// IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
// FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
// AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
// LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
// OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN
// THE SOFTWARE.

#import "AFSecurityPolicy.h"

// Equivalent of macro in , without causing compiler warning:
// "'DebugAssert' is deprecated: first deprecated in OS X 10.8"
//这两个宏方法用于方便地处理调用各种证书方法过程中出现的错误，出现错误后用goto语句直接跳转到结束语
//关于为什么要用 __builtin_expect (x, 0) 而不直接用 x != 0，是为了CPU执行时的性能优化，见这里：
//http://*.com/questions/7346929/why-do-we-use-builtin-expect-when-a-straightforward-way-is-to-use-if-else
#ifndef AF_Require
#define AF_Require(assertion, exceptionLabel)                \
do  {                                                     \
if  (__builtin_expect(!(assertion), 0)) {             \
goto exceptionLabel;                             \
}                                                    \
}  while  (0)
#endif

#ifndef AF_Require_noErr
#define AF_Require_noErr(errorCode, exceptionLabel)          \
do  {                                                     \
if  (__builtin_expect(0 != (errorCode), 0)) {         \
goto exceptionLabel;                             \
}                                                    \
}  while  (0)
#endif

#if !defined(__IPHONE_OS_VERSION_MIN_REQUIRED)
static NSData * AFSecKeyGetData(SecKeyRef key) {
    CFDataRef data = NULL;

    AF_Require_noErr(SecItemExport(key, kSecFormatUnknown, kSecItemPemArmour, NULL, &data), _out);

    return  (__bridge_transfer NSData *)data;

_out:
    if  (data) {
        CFRelease(data);
    }

    return  nil;
}
#endif

static BOOL AFSecKeyIsEqualToKey(SecKeyRef key1, SecKeyRef key2) {
#if defined(__IPHONE_OS_VERSION_MIN_REQUIRED)
    return  [(__bridge id)key1 isEqual:(__bridge id)key2];
#else
    return  [AFSecKeyGetData(key1) isEqual:AFSecKeyGetData(key2)];
#endif
}

//从证书里取public key
static id AFPublicKeyForCertificate(NSData *certificate) {
    id allowedPublicKey = nil;
    SecCertificateRef allowedCertificate;
    SecCertificateRef allowedCertificates[1];
    CFArrayRef tempCertificates = nil;
    SecPolicyRef policy = nil;
    SecTrustRef allowedTrust = nil;
    SecTrustResultType result;

    //取证书SecCertificateRef -> 生成证书数组 -> 生成SecTrustRef -> 从SecTrustRef取PublicKey
    allowedCertificate = SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificate);
    AF_Require(allowedCertificate != NULL, _out);

    allowedCertificates[0] = allowedCertificate;
    tempCertificates = CFArrayCreate(NULL, (const void **)allowedCertificates, 1, NULL);

    policy = SecPolicyCreateBasicX509();
    AF_Require_noErr(SecTrustCreateWithCertificates(tempCertificates, policy, &allowedTrust), _out);
    AF_Require_noErr(SecTrustEvaluate(allowedTrust, &result), _out);

    allowedPublicKey = (__bridge_transfer id)SecTrustCopyPublicKey(allowedTrust);

_out:
    if  (allowedTrust) {
        CFRelease(allowedTrust);
    }

    if  (policy) {
        CFRelease(policy);
    }

    if  (tempCertificates) {
        CFRelease(tempCertificates);
    }

    if  (allowedCertificate) {
        CFRelease(allowedCertificate);
    }

    return  allowedPublicKey;
}

static BOOL AFServerTrustIsValid(SecTrustRef serverTrust) {
    BOOL isValid = NO;
    SecTrustResultType result;
    AF_Require_noErr(SecTrustEvaluate(serverTrust, &result), _out);

    //kSecTrustResultUnspecified:证书通过验证，但用户没有设置这些证书是否被信任
    //kSecTrustResultProceed:证书通过验证，用户有操作设置了证书被信任，例如在弹出的是否信任的alert框中选择always trust
    isValid = (result == kSecTrustResultUnspecified || result == kSecTrustResultProceed);

_out:
    return  isValid;
}

//取出服务端返回的所有证书
static NSArray * AFCertificateTrustChainForServerTrust(SecTrustRef serverTrust) {
    CFIndex certificateCount = SecTrustGetCertificateCount(serverTrust);
    NSMutableArray *trustChain = [NSMutableArray arrayWithCapacity:(NSUInteger)certificateCount];

    for  (CFIndex i = 0; i < certificateCount; i++) {
        SecCertificateRef certificate = SecTrustGetCertificateAtIndex(serverTrust, i);
        [trustChain addObject:(__bridge_transfer NSData *)SecCertificateCopyData(certificate)];
    }

    return  [NSArray arrayWithArray:trustChain];
}

//取出服务端返回证书里所有的public key
static NSArray * AFPublicKeyTrustChainForServerTrust(SecTrustRef serverTrust) {
    SecPolicyRef policy = SecPolicyCreateBasicX509();
    CFIndex certificateCount = SecTrustGetCertificateCount(serverTrust);
    NSMutableArray *trustChain = [NSMutableArray arrayWithCapacity:(NSUInteger)certificateCount];
    for  (CFIndex i = 0; i  生成证书数组 -> 生成SecTrustRef -> 从SecTrustRef取PublicKey
        SecCertificateRef certificate = SecTrustGetCertificateAtIndex(serverTrust, i);

        SecCertificateRef someCertificates[] = {certificate};
        CFArrayRef certificates = CFArrayCreate(NULL, (const void **)someCertificates, 1, NULL);

        SecTrustRef trust;
        AF_Require_noErr(SecTrustCreateWithCertificates(certificates, policy, &trust), _out);

        SecTrustResultType result;
        AF_Require_noErr(SecTrustEvaluate(trust, &result), _out);

        [trustChain addObject:(__bridge_transfer id)SecTrustCopyPublicKey(trust)];

    _out:
        if  (trust) {
            CFRelease(trust);
        }

        if  (certificates) {
            CFRelease(certificates);
        }

        continue ;
    }
    CFRelease(policy);

    return  [NSArray arrayWithArray:trustChain];
}

#pragma mark -

@interface AFSecurityPolicy()
@property (readwrite, nonatomic, strong) NSArray *pinnedPublicKeys;
@end

@implementation AFSecurityPolicy

+ (NSArray *)defaultPinnedCertificates {
    //默认证书列表，遍历根目录下所有.cer文件
    static NSArray *_defaultPinnedCertificates = nil;
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        NSBundle *bundle = [NSBundle bundleForClass:[self class]];
        NSArray *paths = [bundle pathsForResourcesOfType:@ "cer"  inDirectory:@ "." ];

        NSMutableArray *certificates = [NSMutableArray arrayWithCapacity:[paths count]];
        for  (NSString *path  in  paths) {
            NSData *certificateData = [NSData dataWithContentsOfFile:path];
            [certificates addObject:certificateData];
        }

        _defaultPinnedCertificates = [[NSArray alloc] initWithArray:certificates];
    });

    return  _defaultPinnedCertificates;
}

+ (instancetype)defaultPolicy {
    AFSecurityPolicy *securityPolicy = [[self alloc] init];
    securityPolicy.SSLPinningMode = AFSSLPinningModeNone;

    return  securityPolicy;
}

+ (instancetype)policyWithPinningMode:(AFSSLPinningMode)pinningMode {
    AFSecurityPolicy *securityPolicy = [[self alloc] init];
    securityPolicy.SSLPinningMode = pinningMode;
    securityPolicy.validatesDomainName = YES;
    [securityPolicy setPinnedCertificates:[self defaultPinnedCertificates]];

    return  securityPolicy;
}

- (id)init {
    self = [ super  init];
    if  (!self) {
        return  nil;
    }

    self.validatesCertificateChain = YES;

    return  self;
}

#pragma mark -

- (void)setPinnedCertificates:(NSArray *)pinnedCertificates {
    _pinnedCertificates = pinnedCertificates;

    if  (self.pinnedCertificates) {
        //预先取出public key，用于AFSSLPinningModePublicKey方式的验证
        NSMutableArray *mutablePinnedPublicKeys = [NSMutableArray arrayWithCapacity:[self.pinnedCertificates count]];
        for  (NSData *certificate  in  self.pinnedCertificates) {
            id publicKey = AFPublicKeyForCertificate(certificate);
            if  (!publicKey) {
                continue ;
            }
            [mutablePinnedPublicKeys addObject:publicKey];
        }
        self.pinnedPublicKeys = [NSArray arrayWithArray:mutablePinnedPublicKeys];
    }  else  {
        self.pinnedPublicKeys = nil;
    }
}

#pragma mark -

- (BOOL)evaluateServerTrust:(SecTrustRef)serverTrust {
    return  [self evaluateServerTrust:serverTrust forDomain:nil];
}

- (BOOL)evaluateServerTrust:(SecTrustRef)serverTrust
                  forDomain:(NSString *)domain
{
    NSMutableArray *policies = [NSMutableArray array];
    if  (self.validatesDomainName) {
        [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateSSL( true , (__bridge CFStringRef)domain)];
    }  else  {
        [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateBasicX509()];
    }

    SecTrustSetPolicies(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)policies);

    //向系统内置的根证书验证服务端返回的证书是否合法
    //若使用自签名证书，这里的验证是会不合法的，需要设allowInvalidCertificates = YES
    if  (!AFServerTrustIsValid(serverTrust) && !self.allowInvalidCertificates) {
        return  NO;
    }

    //取出服务端返回的证书
    NSArray *serverCertificates = AFCertificateTrustChainForServerTrust(serverTrust);
    switch  (self.SSLPinningMode) {
        case  AFSSLPinningModeNone:
            //两种情况走到这里，
            //一是通过系统证书验证，返回认证成功
            //二是没通过验证，但allowInvalidCertificates = YES，也就是说完全不认证直接返回认证成功
            return  YES;

            //验证整个证书
        case  AFSSLPinningModeCertificate: {
            NSMutableArray *pinnedCertificates = [NSMutableArray array];
            for  (NSData *certificateData  in  self.pinnedCertificates) {
                [pinnedCertificates addObject:(__bridge_transfer id)SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificateData)];
            }
            //在本地证书里验证服务端返回的证书的有效性
            SecTrustSetAnchorCertificates(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)pinnedCertificates);
            if  (!AFServerTrustIsValid(serverTrust)) {
                return  NO;
            }

            if  (!self.validatesCertificateChain) {
                return  YES;
            }

            //整个证书链都跟本地的证书匹配才给过
            NSUInteger trustedCertificateCount = 0;
            for  (NSData *trustChainCertificate  in  serverCertificates) {
                if  ([self.pinnedCertificates containsObject:trustChainCertificate]) {
                    trustedCertificateCount++;
                }
            }

            return  trustedCertificateCount == [serverCertificates count];
        }

            //只验证证书的public key
        case  AFSSLPinningModePublicKey: {
            NSUInteger trustedPublicKeyCount = 0;
            NSArray *publicKeys = AFPublicKeyTrustChainForServerTrust(serverTrust);

            //如果不用验证整个证书链，取第一个也就是真正会使用的那个证书验证就行
            if  (!self.validatesCertificateChain && [publicKeys count] > 0) {
                publicKeys = @[[publicKeys firstObject]];
            }

            //在本地证书里搜索相等的public key，记录找到个数
            for  (id trustChainPublicKey  in  publicKeys) {
                for  (id pinnedPublicKey  in  self.pinnedPublicKeys) {
                    if  (AFSecKeyIsEqualToKey((__bridge SecKeyRef)trustChainPublicKey, (__bridge SecKeyRef)pinnedPublicKey)) {
                        trustedPublicKeyCount += 1;
                    }
                }
            }

            //验证整个证书链的情况：每个public key都在本地找到算验证通过
            //验证单个证书的情况：找到一个算验证通过
            return  trustedPublicKeyCount > 0 && ((self.validatesCertificateChain && trustedPublicKeyCount == [serverCertificates count]) || (!self.validatesCertificateChain && trustedPublicKeyCount >= 1));
        }
    }

    return  NO;
}

#pragma mark - NSKeyValueObserving

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingPinnedPublicKeys {
    return  [NSSet setWithObject:@ "pinnedCertificates" ];
}

@end