iOS https

HTTPS协议

1. 作用

学名SSL/ TLS 协议,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。

(1) 窃听风险(eavesdropping):第三方可以获知通信内容。
(2) 篡改风险(tampering):第三方可以修改通信内容。
(3) 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,希望达到:

(1) 所有信息都是加密传播,第三方无法窃听。
(2) 具有校验机制,一旦被篡改,通信双方会立刻发现。
(3) 配备身份证书,防止身份被冒充。

互联网是开放环境,通信双方都是未知身份,这为协议的设计带来了很大的难度。而且,协议还必须能够经受所有匪夷所思的攻击,这使得SSL/TLS协议变得异常复杂。

2. 历史

互联网加密通信协议的历史,几乎与互联网一样长。

1994年,NetScape公司设计了SSL协议(Secure Sockets Layer)的1.0版,但是未发布。
1995年,NetScape公司发布SSL 2.0版,很快发现有严重漏洞。
1996年,SSL 3.0版问世,得到大规模应用。
1999年,互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司,发布了SSL的升级版[TLS] 1.0版。
2006年和2008年,TLS进行了两次升级,分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的变动是2011年TLS 1.2的[修订版]。
3. 基本的运行过程

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法,也就是说,客户端先向服务器端索要公钥,然后用公钥加密信息,服务器收到密文后,用自己的私钥解密。

但是,这里有两个问题。
(1)如何保证公钥不被篡改?
解决方法:将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的,公钥就是可信的。
(2)公钥加密计算量太大,如何减少耗用的时间?
解决方法:每一次对话(session),客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"(session key),用它来加密信息。由于"对话密钥"是对称加密,所以运算速度非常快,而服务器公钥只用于加密"对话密钥"本身,这样就减少了加密运算的消耗时间。

因此,SSL/TLS协议的基本过程是这样的:

(1) 客户端向服务器端索要并验证公钥。
(2) 双方协商生成"对话密钥"。
(3) 双方采用"对话密钥"进行加密通信。
4. 握手阶段的详细过程

"握手阶段"涉及四次通信,我们一个个来看。需要注意的是,"握手阶段"的所有通信都是明文的。

4.1 客户端发出请求(ClientHello)

首先,客户端(通常是浏览器)先向服务器发出加密通信的请求,这被叫做ClientHello请求。
在这一步,客户端主要向服务器提供以下信息。

(1) 支持的协议版本,比如TLS 1.0版。
(2) 一个客户端生成的随机数,稍后用于生成"对话密钥"。
(3) 支持的加密方法,比如RSA公钥加密。
(4) 支持的压缩方法。

这里需要注意的是,客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说,理论上服务器只能包含一个网站,否则会分不清应该向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。
对于虚拟主机的用户来说,这当然很不方便。2006年,TLS协议加入了一个Server Name Indication扩展,允许客户端向服务器提供它所请求的域名。

4.2 服务器回应(SeverHello)

服务器收到客户端请求后,向客户端发出回应,这叫做SeverHello。服务器的回应包含以下内容。

(1) 确认使用的加密通信协议版本,比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致,服务器关闭加密通信。
(2) 一个服务器生成的随机数,稍后用于生成"对话密钥"。
(3) 确认使用的加密方法,比如RSA公钥加密。
(4) 服务器证书。

除了上面这些信息,如果服务器需要确认客户端的身份,就会再包含一项请求,要求客户端提供"客户端证书"。比如,金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络,就会向正式客户提供USB密钥,里面就包含了一张客户端证书。

4.3 客户端回应

客户端收到服务器回应以后,首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已经过期,就会向访问者显示一个警告,由其选择是否还要继续通信。
如果证书没有问题,客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后,向服务器发送下面三项信息。

(1) 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密,防止被窃听。
(2) 编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
(3) 客户端握手结束通知,表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供服务器校验。

上面第一项的随机数,是整个握手阶段出现的第三个随机数,又称"pre-master key"。有了它以后,客户端和服务器就同时有了三个随机数,接着双方就用事先商定的加密方法,各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。
至于为什么一定要用三个随机数,来生成"会话密钥",dog250解释得很好:

"不管是客户端还是服务器,都需要随机数,这样生成的密钥才不会每次都一样。由于SSL协议中证书是静态的,因此十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。
对于RSA密钥交换算法来说,pre-master-key本身就是一个随机数,再加上hello消息中的随机,三个随机数通过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。
pre master的存在在于SSL协议不信任每个主机都能产生完全随机的随机数,如果随机数不随机,那么pre master secret就有可能被猜出来,那么仅适用pre master secret作为密钥就不合适了,
因此必须引入新的随机因素,那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了,一个伪随机可能完全不随机,可是是三个伪随机就十分接近随机了,每增加一个自由度,随机性增加的可不是一。"

此外,如果前一步,服务器要求客户端证书,客户端会在这一步发送证书及相关信息。

4.4 服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后,计算生成本次会话所用的"会话密钥"。然后,向客户端最后发送下面信息。

(1)编码改变通知,表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
(2)服务器握手结束通知,表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的所有内容的hash值,用来供客户端校验。

至此,整个握手阶段全部结束。接下来,客户端与服务器进入加密通信,就完全是使用普通的HTTP协议,只不过用"会话密钥"加密内容。

整个过程可以用下面这张图来总结:

HTTPS四次握手

iOS ATS

2016年12月21日苹果更新了截止日期,宣布延期执行ATS支持要求Supporting App Transport Security
此举为开发者提供了更多时间来做适配和支持。然而,对于iOS开发者来说,尽早解决HTTPS请求的问题仍为上策。
苹果ATS对HTTPS证书的要求
启用ATS必须符合以下标准,不满足条件的HTTPS证书,ATS都会拒绝连接:

  • 服务器所有的连接使用TLS1.2以上版本
  • HTTPS证书必须使用SHA256以上哈希算法签名
  • HTTPS证书必须使用RSA 2048位或ECC 256位以上公钥算法
  • 使用前向加密技术

此外,苹果ATS支持CT证书透明,要求开发者使用支持CT证书透明度的SSL证书,确保SSL证书合法透明,防止中间人攻击。

发送HTTPS请求信任SSL证书,分为两种情况:

  1. 如果你的app服务端安装的是SSL权威机构颁发的CA证书,可以使用系统方法直接实现信任SSL证书,关于Apple对SSL证书的要求请参考:苹果官方文档CertKeyTrustProgGuide
    这种方式不需要在Bundle中引入CA文件,可以交给系统去判断服务器端的证书是不是SSL证书,验证过程也不需要我们去具体实现,网络请求部分的代码无需做修改即可。

  2. 基于AFNetWorking的SSL自制服务器证书信任处理,重写AFNetWorking的customSecurityPolicy方法,这里创建了一个MMDBaseHandle类,分别对GET和POST方法进行了封装:

    - (void)requestWithURL:(NSString * _Nonnull) URLString method:(HTTPMethod)method params:(id _Nullable)params block:(nonnull void (^)(MMDResponse * _Nonnull response))block {
    
    NSString *token = [MMDCommonUserModel instance].accessToken;
    NSLog(@"********HTTP REQUEST ACCESSTOKEN:%@", token);
    if (![StringUtils isNullOrEmpty:token]) {
        [self.requestSerializer setValue:token forHTTPHeaderField:@"mmTicket"];
    }
    
    // 加上这行代码,https ssl 验证。
    if(openHttpsSSL) {
        [mgr setSecurityPolicy:[self customSecurityPolicy]];
    }
    
    NSLog(@"********HTTP REQUEST URL: %@%@", self.baseURL.absoluteString, URLString);
    NSLog(@"********HTTP REQUEST PARAMS: %@", params);
    
    switch (method) {
        case GET:
        {
            NSLog(@"暂时还不支持GET请求方式,请用POST请求");
            break;
        }
        case POST:
        {
            [self POST:URLString parameters:params progress:nil success:^(NSURLSessionDataTask * _Nonnull task, id _Nullable responseObject) {
                [self publicHandleResponse:responseObject reqURL:URLString error:nil block:block];
        } failure:^(NSURLSessionDataTask * _Nullable task, NSError * _Nonnull error) {
            [self publicHandleResponse:nil reqURL:URLString error:error block:block];
        }];
        break;
    }
    case PUT:
    {
        NSLog(@"暂时还不支持PUT请求方式,请用POST请求");
        break;
    }
    case DELETE:
    {
        NSLog(@"暂时还不支持DELETE请求方式,请用POST请求");
        break;
    }
    }
    }
    
    + (AFSecurityPolicy*)customSecurityPolicy {
    // /先导入证书
    NSString *cerPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:certificate ofType:@"cer"];//证书的路径
    NSData *certData = [NSData dataWithContentsOfFile:cerPath];
    
    // AFSSLPinningModeCertificate 使用证书验证模式
    AFSecurityPolicy *securityPolicy = [AFSecurityPolicy policyWithPinningMode:AFSSLPinningModeCertificate];
    
    // allowInvalidCertificates 是否允许无效证书(也就是自建的证书),默认为NO
    // 如果是需要验证自建证书,需要设置为YES
    securityPolicy.allowInvalidCertificates = YES;
    
    //validatesDomainName 是否需要验证域名,默认为YES;
    //假如证书的域名与你请求的域名不一致,需把该项设置为NO;如设成NO的话,即服务器使用其他可信任机构颁发的证书,也可以建立连接,这个非常危险,建议打开。
    //置为NO,主要用于这种情况:客户端请求的是子域名,而证书上的是另外一个域名。因为SSL证书上的域名是独立的,假如证书上注册的域名是www.google.com,那么mail.google.com是无法验证通过的;当然,有钱可以注册通配符的域名*.google.com,但这个还是比较贵的。
    //如置为NO,建议自己添加对应域名的校验逻辑。
    securityPolicy.validatesDomainName = NO;
    
    securityPolicy.pinnedCertificates = @[certData];
    
    return securityPolicy;
    }
    

其中的cerPath就是app bundle中证书路径,certificate为证书名称的宏,仅支持cer格式,securityPolicy的相关配置尤为重要,请仔细阅读customSecurityPolicy方法并根据实际情况设置其属性。
这样,就能够在AFNetWorking的基础上使用HTTPS协议访问特定服务器,但是不能信任根证书的CA文件,因此这种方式存在风险,读取pinnedCertificates中的证书数组的时候有可能失败,如果证书不符合,certData就会为nil。

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