Android通信安全之HTTPS

时间：2022-01-16 13:50:43

Https

HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。 它是一个URI scheme（抽象标识符体系），句法类同http:体系。用于安全的HTTP数据传输。https:URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。这个系统的最初研发由网景公司(Netscape)进行，并内置于其浏览器Netscape Navigator中，提供了身份验证与加密通讯方法。现在它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付方面。（注：本段来自百度百科）

起因

前段时间，同事拿着一个代码安全扫描出来的 bug 过来咨询，我一看原来是个 https通信时数字证书校验的漏洞，一想就明白了大概；其实这种问题早两年就有大规模的暴露，各大厂商App也纷纷中招，想不到过了这么久某大厂客户端里还留有这种坑；然后仔细研究了漏洞所在的代码片段，原来所属的是新浪微博分享 sdk 内部的，因为这个 sdk是源码引用的，一直没有更新，年久失修，所以也就被扫描出来了。
因此给出的解决方案是：
先获取最新的 sdk，看其内部是否已解决，已解决的话升级 sdk 版本即可；
第1步行不通，那就自己写校验逻辑，猫客全局通信基本已经使用 https 通信，参考着再写一遍校验逻辑也不是问题；
后来查了一下网上信息，早在2014年10月份，乌云平台里就已经暴露过这个漏洞，想必当时一定是忙于双十一忽略了这个问题。
虽然这个问题通过升级 sdk解决了，但是这个问题纯粹是由于开发者本身疏忽造成的；特别是对于初级开发人员来说，可能为了解决异常，屏蔽了校验逻辑；所以我还是抽空再 review了一下这个漏洞，整理相关信息。

问题描述

对于数字证书相关概念、Android 里 https 通信代码就不再复述了，直接讲问题。缺少相应的安全校验很容易导致中间人攻击，而漏洞的形式主要有以下3种：

自定义X509TrustManager

在使用HttpsURLConnection发起 HTTPS 请求的时候，提供了一个自定义的X509TrustManager，未实现安全校验逻辑，下面片段就是当时新浪微博 sdk 内部的代码片段。如果不提供自定义X509TrustManager，代码运行起来可能会报异常（原因下文解释），初学者就很容易在不明真相的情况下提供了一个自定义的X509TrustManager，却忘记正确地实现相应的方法。本文重点介绍这种场景的处理方式。这里引用部分相关代码:

TrustManager tm = new X509TrustManager() {
public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)
throws CertificateException {
//do nothing，接受任意客户端证书
    }

public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)
throws CertificateException {
//do nothing，接受任意服务端证书
    }

public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
return null;
    }
};

sslContext.init(null, new TrustManager[] { tm }, null);

自定义HostnameVerifier

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。如果回调内实现不恰当，默认接受所有域名，则有安全风险。

HostnameVerifier hnv = new HostnameVerifier() {
@Override
public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
// Always return true，接受任意域名服务器
return true;
  }
};
HttpsURLConnection.setDefaultHostnameVerifier(hnv);

如上，如果不做任何的教研就是有风险的。

SSLSocketFactory sf = new MySSLSocketFactory(trustStore);
sf.setHostnameVerifier(SSLSocketFactory.ALLOW_ALL_HOSTNAME_VERIFIER);

修复方案

分而治之，针对不同的漏洞点分别描述，这里就讲的修复方案主要是针对非浏览器App，非浏览器 App 的服务端通信对象比较固定，一般都是自家服务器，可以做很多特定场景的定制化校验。如果是浏览器 App，校验策略就有更通用一些。前面说到，当发起 HTTPS 请求时，可能抛起一个异常，以上面说到的代码来看：

try {
    URL url = new URL("https://certs.cac.washington.edu/CAtest/");
    URLConnection urlConnection = url.openConnection();
    InputStream in = urlConnection.getInputStream();
    copyInputStreamToOutputStream(in, System.out);
} catch (MalformedURLException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
private void copyInputStreamToOutputStream(InputStream in, PrintStream out) throws IOException {
byte[] buffer = new byte[1024];
int c = 0;
while ((c = in.read(buffer)) != -1) {
out.write(buffer, 0, c);
    }
}

它会抛出一个SSLHandshakeException的异常。这里截取部分异常。

javax.net.ssl.SSLHandshakeException: java.security.cert.CertPathValidatorException: Trust anchor for certification path not found.
   ....//省略n多错误
    at com.android.org.conscrypt.OpenSSLSocketImpl.startHandshake(OpenSSLSocketImpl.java:318)
... 10 more
Caused by: java.security.cert.CertPathValidatorException: Trust anchor for certification path not found.
... 16 more

解决方案一

不论是权威机构颁发的证书还是自签名的，打包一份到 app 内部，比如存放在 asset 里。通过这份内置的证书初始化一个KeyStore，然后用这个KeyStore去引导生成的TrustManager来提供验证，具体代码如下：

try {
  CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
  // uwca.crt 打包在 asset 中，该证书可以从https://itconnect.uw.edu/security/securing-computer/install/safari-os-x/下载
  InputStream caInput = new BufferedInputStream(getAssets().open("uwca.crt"));
  Certificate ca;
  try {
      ca = cf.generateCertificate(caInput);
      Log.i("Longer", "ca=" + ((X509Certificate) ca).getSubjectDN());
      Log.i("Longer", "key=" + ((X509Certificate) ca).getPublicKey();
  } finally {
      caInput.close();
  }

  // Create a KeyStore containing our trusted CAs
  String keyStoreType = KeyStore.getDefaultType();
  KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(keyStoreType);
  keyStore.load(null, null);
  keyStore.setCertificateEntry("ca", ca);

  // Create a TrustManager that trusts the CAs in our KeyStore
  String tmfAlgorithm = TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm();
  TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance(tmfAlgorithm);
  tmf.init(keyStore);

  // Create an SSLContext that uses our TrustManager
  SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLSv1","AndroidOpenSSL");
  context.init(null, tmf.getTrustManagers(), null);

  URL url = new URL("https://certs.cac.washington.edu/CAtest/");
  HttpsURLConnection urlConnection =
          (HttpsURLConnection)url.openConnection();
  urlConnection.setSSLSocketFactory(context.getSocketFactory());
  InputStream in = urlConnection.getInputStream();
  copyInputStreamToOutputStream(in, System.out);
} catch (CertificateException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (KeyStoreException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (KeyManagementException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (NoSuchProviderException e) {
  e.printStackTrace();
}

这样访问非“https://certs.cac.washington.edu/CAtest/”就会报SSLHandshakeException。也就是说对于特定证书生成的TrustManager，只能验证与特定服务器建立安全链接，这样就提高了安全性。

解决方案2

同方案1，打包一份到证书到 app 内部，但不通过KeyStore去引导生成的TrustManager，而是干脆直接自定义一个TrustManager，自己实现校验逻辑；
校验逻辑主要包括：
•服务器证书是否过期
•证书签名是否合法

try {
  CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
// uwca.crt 打包在 asset 中，该证书可以从https://itconnect.uw.edu/security/securing-computer/install/safari-os-x/下载
  InputStream caInput = new BufferedInputStream(getAssets().open("uwca.crt"));
final Certificate ca;
try {
      ca = cf.generateCertificate(caInput);
      Log.i("Longer", "ca=" + ((X509Certificate) ca).getSubjectDN());
      Log.i("Longer", "key=" + ((X509Certificate) ca).getPublicKey());
  } finally {
      caInput.close();
  }
// Create an SSLContext that uses our TrustManager
  SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLSv1","AndroidOpenSSL");
  context.init(null, new TrustManager[]{
new X509TrustManager() {
@Override
public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain,
                      String authType)
throws CertificateException {

              }

@Override
public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain,
                      String authType)
throws CertificateException {
for (X509Certificate cert : chain) {

// Make sure that it hasn't expired.
                      cert.checkValidity();

// Verify the certificate's public key chain.
try {
                          cert.verify(((X509Certificate) ca).getPublicKey());
                      } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
                          e.printStackTrace();
                      } catch (InvalidKeyException e) {
                          e.printStackTrace();
                      } catch (NoSuchProviderException e) {
                          e.printStackTrace();
                      } catch (SignatureException e) {
                          e.printStackTrace();
                      }
                  }
              }

@Override
public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
return new X509Certificate[0];
              }
          }
  }, null);

  URL url = new URL("https://certs.cac.washington.edu/CAtest/");
  HttpsURLConnection urlConnection =
          (HttpsURLConnection)url.openConnection();
  urlConnection.setSSLSocketFactory(context.getSocketFactory());
  InputStream in = urlConnection.getInputStream();
  copyInputStreamToOutputStream(in, System.out);
} catch (CertificateException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (KeyManagementException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (NoSuchProviderException e) {
  e.printStackTrace();
}

同样上述代码只能访问 certs.cac.washington.edu 相关域名地址，如果访问 其他网址 ，则会在cert.verify(((X509Certificate) ca).getPublicKey());处抛异常，导致连接失败。

自定义HostnameVerifier，建立匹配规则；业务复杂的话，还可以结合配置中心、白名单、黑名单、正则匹配等多级别动态校验；总体来说逻辑还是比较简单的，反正只要正确地实现那个方法。

HostnameVerifier hnv = new HostnameVerifier() {
@Override
public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
//示例
if("yourhostname".equals(hostname)){  
return true;  
    } else {  
      HostnameVerifier hv =
            HttpsURLConnection.getDefaultHostnameVerifier();
return hv.verify(hostname, session);
    }
  }
};

主机名验证策略改成严格模式：

SSLSocketFactory sf = new MySSLSocketFactory(trustStore);
sf.setHostnameVerifier(SSLSocketFactory.STRICT_HOSTNAME_VERIFIER);

这样就有效的避免了Hook。
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