一剿骨、SSL Pinning 簡(jiǎn)介

1覆旭、使用背景

在開(kāi)發(fā)手機(jī)應(yīng)用時(shí)铸屉，如何正確的使用HTTPS來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩允怯葹橹匾亩て选TTPS協(xié)議本使用了SSL 加密傳輸，相比HTTP但依然存在極大的安全隱患----中間人攻擊彻坛。SSL解決了內(nèi)容的加密的問(wèn)題顷啼，但是SSL過(guò)程中是依靠證書(shū)進(jìn)行驗(yàn)證的，這就需要保證證書(shū)絕對(duì)的安全昌屉。先立一個(gè)小目標(biāo)（偽造證書(shū)）钙蒙，萬(wàn)一實(shí)現(xiàn)了呢？在立一個(gè)小目標(biāo)（偽造服務(wù)器）间驮，萬(wàn)一實(shí)現(xiàn)了呢躬厌？事實(shí)證明目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的（SSL系統(tǒng)遭入侵發(fā)布虛假密鑰 微軟谷歌受影響 ）。SSL Pinning技術(shù)就是基于SSL基礎(chǔ)上在添加一個(gè)本地證書(shū)竞帽，用來(lái)再次驗(yàn)證扛施！

2、中間人攻擊

中間人攻擊（Man-in-the-middle Attack抢呆，簡(jiǎn)稱(chēng)MITM煮嫌、MitM、MIM抱虐、MiM昌阿、MITMA）是一種由來(lái)已久的網(wǎng)絡(luò)入侵手段，并且在今天仍然有著廣泛的發(fā)展空間恳邀，如SMB會(huì)話劫持懦冰、DNS欺騙等攻擊都是典型的中間人攻擊。簡(jiǎn)而言之谣沸，所謂的中間人攻擊就是通過(guò)攔截正常的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)刷钢，并進(jìn)行數(shù)據(jù)篡改和嗅探，而通信的雙方卻毫不知情乳附。

中間人攻擊

3内地、Charles抓包原理

Charles作為一個(gè)中間人代理，當(dāng)瀏覽器和服務(wù)器通信時(shí)赋除，Charles接收服務(wù)器的證書(shū)阱缓，但動(dòng)態(tài)生成一張證書(shū)發(fā)送給瀏覽器，也就是說(shuō)Charles作為中間代理在瀏覽器和服務(wù)器之間通信举农，所以通信的數(shù)據(jù)可以被Charles攔截并解密荆针。由于Charles更改了證書(shū)，瀏覽器校驗(yàn)不通過(guò)會(huì)給出安全警告，必須安裝Charles的證書(shū)后才能進(jìn)行正常訪問(wèn)航背。

Charles抓包原理

• 客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)起HTTPS請(qǐng)求
• Charles攔截客戶(hù)端的請(qǐng)求喉悴，偽裝成客戶(hù)端向服務(wù)器進(jìn)行請(qǐng)求
• 服務(wù)器向“客戶(hù)端”（實(shí)際上是Charles）返回服務(wù)器的CA證書(shū)
• Charles攔截服務(wù)器的響應(yīng)，獲取服務(wù)器證書(shū)公鑰玖媚，然后自己制作一張證書(shū)箕肃，將服務(wù)器證書(shū)替換后發(fā)送給客戶(hù)端。（這一步最盅，Charles拿到了服務(wù)器證書(shū)的公鑰）
• 客戶(hù)端接收到“服務(wù)器”（實(shí)際上是Charles）的證書(shū)后突雪，生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰，用Charles的公鑰加密涡贱，發(fā)送給“服務(wù)器”（Charles）
• Charles攔截客戶(hù)端的響應(yīng)咏删，用自己的私鑰解密對(duì)稱(chēng)密鑰，然后用服務(wù)器證書(shū)公鑰加密问词，發(fā)送給服務(wù)器督函。（這一步，Charles拿到了對(duì)稱(chēng)密鑰）
• 服務(wù)器用自己的私鑰解密對(duì)稱(chēng)密鑰激挪，向“客戶(hù)端”（Charles）發(fā)送響應(yīng)
• Charles攔截服務(wù)器的響應(yīng)辰狡，替換成自己的證書(shū)后發(fā)送給客戶(hù)端
• 至此，連接建立垄分，Charles拿到了 服務(wù)器證書(shū)的公鑰 和 客戶(hù)端與服務(wù)器協(xié)商的對(duì)稱(chēng)密鑰宛篇，之后就可以解密或者修改加密的報(bào)文了。

HTTPS抓包的原理還是挺簡(jiǎn)單的薄湿，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)叫倍，就是Charles作為“中間人代理”，拿到了 服務(wù)器證書(shū)公鑰 和 HTTPS連接的對(duì)稱(chēng)密鑰豺瘤，前提是客戶(hù)端選擇信任并安裝Charles的CA證書(shū)吆倦，否則客戶(hù)端就會(huì)“報(bào)警”并中止連接。這樣看來(lái)坐求，HTTPS還是很安全的蚕泽。

4、SSL Pinning

SSL Pinning（又叫Certificate Pinning）可以理解為證書(shū)綁定桥嗤。在一些應(yīng)用場(chǎng)景中须妻，客戶(hù)端和服務(wù)器之間的通信是事先約定好的，既服務(wù)器地址和證書(shū)是預(yù)先知道的泛领，這種情況常見(jiàn)于CS(Client-Server)架構(gòu)的應(yīng)用中荒吏。這樣的話在客戶(hù)端事先保存好一份服務(wù)器的證書(shū)（含公鑰），每次請(qǐng)求服務(wù)器的時(shí)候师逸，將服務(wù)器返回的證書(shū)與客戶(hù)端保存的證書(shū)進(jìn)行對(duì)比司倚，如果證書(shū)不符，說(shuō)明受到中間人攻擊篓像，馬上可以中斷請(qǐng)求动知。這樣的話中間人就無(wú)法偽造證書(shū)進(jìn)行攻擊了。

我們需要將APP代碼內(nèi)置僅接受指定域名的證書(shū)员辩，而不接受操作系統(tǒng)或?yàn)g覽器內(nèi)置的CA根證書(shū)對(duì)應(yīng)的任何證書(shū)盒粮，通過(guò)這種授權(quán)方式，保障了APP與服務(wù)端通信的唯一性和安全性奠滑。但是CA簽發(fā)證書(shū)都存在有效期問(wèn)題丹皱，所以缺點(diǎn)是在證書(shū)續(xù)期后需要將證書(shū)重新內(nèi)置到APP中。

公鑰鎖定則是提取證書(shū)中的公鑰并內(nèi)置到移動(dòng)端APP中宋税，通過(guò)與服務(wù)器對(duì)比公鑰值來(lái)驗(yàn)證連接的合法性摊崭，我們?cè)谥谱髯C書(shū)密鑰時(shí)，公鑰在證書(shū)的續(xù)期前后都可以保持不變（即密鑰對(duì)不變）杰赛，所以可以避免證書(shū)有效期問(wèn)題呢簸。

證書(shū)鎖定旨在解決移動(dòng)端APP與服務(wù)端通信的唯一性，實(shí)際通信過(guò)程中乏屯，如果鎖定過(guò)程失敗根时，那么客戶(hù)端APP將拒絕針對(duì)服務(wù)器的所有 SSL/TLS 請(qǐng)求，F(xiàn)aceBook/Twitter則通過(guò)證書(shū)鎖定以防止Charles/Fiddler等抓包工具中間人攻擊辰晕。

為什么直接對(duì)比就能保證證書(shū)沒(méi)問(wèn)題蛤迎？如果中間人從客戶(hù)端取出證書(shū)，再偽裝成服務(wù)端跟其他客戶(hù)端通信含友，它發(fā)送給客戶(hù)端的這個(gè)證書(shū)不就能通過(guò)驗(yàn)證嗎替裆？確實(shí)可以通過(guò)驗(yàn)證，但后續(xù)的流程走不下去唱较，因?yàn)橄乱徊娇蛻?hù)端會(huì)用證書(shū)里的公鑰加密扎唾，中間人沒(méi)有這個(gè)證書(shū)的私鑰就解不出內(nèi)容，也就截獲不到數(shù)據(jù)南缓，這個(gè)證書(shū)的私鑰只有真正的服務(wù)端有胸遇，中間人偽造證書(shū)主要偽造的是公鑰。

為什么要用SSL Pinning汉形？正常的驗(yàn)證方式不夠嗎纸镊？如果服務(wù)端的證書(shū)是從受信任的的CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)的，驗(yàn)證是沒(méi)問(wèn)題的概疆，但CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)證書(shū)比較昂貴逗威，小企業(yè)或個(gè)人用戶(hù)可能會(huì)選擇自己頒發(fā)證書(shū)，這樣就無(wú)法通過(guò)系統(tǒng)受信任的CA機(jī)構(gòu)列表驗(yàn)證這個(gè)證書(shū)的真?zhèn)瘟瞬砑剑孕枰猄SL Pinning這樣的方式去驗(yàn)證凯旭。

二、NSURLSession方式

1、獲取證書(shū)

客戶(hù)端需要證書(shū)(Certification file)罐呼， .cer格式的文件鞠柄。可以跟服務(wù)器端索取嫉柴。如果他們給個(gè).pem文件厌杜，要使用命令行轉(zhuǎn)換：
openssl x509 -inform PEM -in name.pem -outform DER -out name.cer

如果給了個(gè).crt文件，請(qǐng)這樣轉(zhuǎn)換：
openssl x509 -in name.crt -out name.cer -outform der

如果啥都不給你计螺，你只能自己動(dòng)手了夯尽，這里以github.com為例子，獲取證書(shū)：
openssl s_client -connect github.com:443 </dev/null 2>/dev/null | openssl x509 -outform DER > github.com.cer

2登馒、NSURLSession實(shí)現(xiàn)

當(dāng)談到NSURLSession使用SSL pinning有點(diǎn)棘手匙握，因?yàn)樵贏FNetworking中，其本身已經(jīng)有封裝好的類(lèi)可以使用來(lái)進(jìn)行配置陈轿。這里沒(méi)有辦法去設(shè)置一組證書(shū)來(lái)自動(dòng)取消所有本地證書(shū)不匹配的response肺孤。我們需要手動(dòng)執(zhí)行檢查來(lái)實(shí)現(xiàn)在NSURLSession上的SSL pinning。我們很榮幸的是我們可以用Security's framework C API济欢。

創(chuàng)建默認(rèn)會(huì)話配置的NSURLSession對(duì)象赠堵，及發(fā)送請(qǐng)求，執(zhí)行任務(wù)

    // 設(shè)置地址
    NSURL *testURL = [NSURL URLWithString:@"https://github.com"];

    // 創(chuàng)建默認(rèn)會(huì)話配置的NSURLSession對(duì)象
    NSURLSessionConfiguration *seeConfig = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
    seeConfig.requestCachePolicy = NSURLRequestReloadIgnoringLocalCacheData;
    NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:seeConfig
                                                          delegate:self
                                                     delegateQueue:nil];
    
    // NSURLSession使用NSURLSessionTask來(lái)發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求法褥，
    // 我們使用dataTaskWithURL:completionHandler:方法來(lái)進(jìn)行SSL pinning 測(cè)試
    NSURLSessionDataTask *task =
    [session dataTaskWithURL:testURL
           completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
               if (!error) {
                   NSString *str =
                   [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSASCIIStringEncoding];
                   NSLog(@"str : %@", str);
               } else {
                   NSLog(@"error : %@", error);
               }
               
           }];
    [task resume];

在代理回調(diào)方法中茫叭，校驗(yàn)證書(shū)是否合法

// 代理回調(diào)
- (void)URLSession:(NSURLSession *)session didReceiveChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge completionHandler:(void (^)(NSURLSessionAuthChallengeDisposition, NSURLCredential * _Nullable))completionHandler {
    
    // 得到遠(yuǎn)程證書(shū)
    SecTrustRef serverTrust = challenge.protectionSpace.serverTrust;
    SecCertificateRef certificate = SecTrustGetCertificateAtIndex(serverTrust, 0);
    
    // 設(shè)置ssl政策來(lái)檢測(cè)主域名
    NSMutableArray *policies = [NSMutableArray array];
    [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateSSL(true, (__bridge CFStringRef)challenge.protectionSpace.host)];
    
    // 驗(yàn)證服務(wù)器證書(shū)
    SecTrustResultType result;
    SecTrustEvaluate(serverTrust, &result);
    BOOL certificateIsValid =
    (result == kSecTrustResultUnspecified || result == kSecTrustResultProceed);
    
    // 得到遠(yuǎn)程和本地證書(shū)data
    NSData *remoteCertificateData = CFBridgingRelease(SecCertificateCopyData(certificate));
    NSString *pathToCert = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"github2018" ofType:@"cer"];
    NSData *localCertificate = [NSData dataWithContentsOfFile:pathToCert];
    
    // 檢查
    if (certificateIsValid && [remoteCertificateData isEqualToData:localCertificate]) {
        // 驗(yàn)證通過(guò)
        NSURLCredential *credential = [NSURLCredential credentialForTrust:serverTrust];
        completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeUseCredential,credential);
    }else {
        // 驗(yàn)證不通過(guò)
        completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeCancelAuthenticationChallenge,NULL);
    }
}

上述方法的開(kāi)始，我們使用SecTrustGetCertificateAtIndex來(lái)得到服務(wù)器的SSL證書(shū)數(shù)據(jù)半等。然后使用證書(shū)評(píng)估設(shè)置policies揍愁。證書(shū)使用SecTrustEvaluate評(píng)估，然后返回以下幾種認(rèn)證結(jié)果類(lèi)型之一：

typedef uint32_t SecTrustResultType;
enum {
    kSecTrustResultInvalid = 0,
    kSecTrustResultProceed = 1,
    kSecTrustResultConfirm SEC_DEPRECATED_ATTRIBUTE = 2,
    kSecTrustResultDeny = 3,
    kSecTrustResultUnspecified = 4,
    kSecTrustResultRecoverableTrustFailure = 5,
    kSecTrustResultFatalTrustFailure = 6,
    kSecTrustResultOtherError = 7
};

如果我們得到kSecTrustResultProceed和kSecTrustResultUnspecified之外的類(lèi)型結(jié)果杀饵，我們可以認(rèn)為證書(shū)是無(wú)效的（不被信任的）莽囤。

至今為止我們除了檢測(cè)遠(yuǎn)程服務(wù)器證書(shū)評(píng)估外，還沒(méi)有做其他事情切距，對(duì)于SSL pinning 檢測(cè)我們需要通過(guò)SecCertificateRef來(lái)得到他的NSData朽缎。這個(gè)SecCertificateRef來(lái)自于challenge.protectionSpace.serverTrust。而本地的NSData來(lái)自本地的.cer證書(shū)文件谜悟。然后我們使用isEqual來(lái)進(jìn)行SSL pinning话肖。

如果遠(yuǎn)程服務(wù)器證書(shū)的NSData等于本地的證書(shū)data，那么就可以通過(guò)評(píng)估葡幸，我們可以驗(yàn)證服務(wù)器身份然后進(jìn)行通信最筒，而且還要使用completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeUseCredential,credential)執(zhí)行request。

然而如果兩個(gè)data不相等蔚叨，我們使用completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeCancelAuthenticationChallenge,NULL)方法來(lái)取消dataTask的執(zhí)行床蜘，這樣就可以拒絕和服務(wù)器溝通辙培。

這就是在NSURLSession中使用SSL pinning。

三邢锯、AFNetworking方式

1虏冻、AFSecurityPolicy

安全模式設(shè)置

AFSecurityPolicy是AFNetworking中三種安全策略模塊，提供了證書(shū)鎖定模式

• AFSSLPinningModeNone：

這個(gè)模式表示不做SSL pinning弹囚，只跟瀏覽器一樣在系統(tǒng)的信任機(jī)構(gòu)列表里驗(yàn)證服務(wù)端返回的證書(shū)。
若證書(shū)是信任機(jī)構(gòu)簽發(fā)的就會(huì)通過(guò)领曼，若是自己服務(wù)器生成的證書(shū)鸥鹉，這里是不會(huì)通過(guò)的。

• AFSSLPinningModeCertificate：

這個(gè)模式表示用證書(shū)綁定方式驗(yàn)證證書(shū)庶骄，需要客戶(hù)端保存有服務(wù)端的證書(shū)拷貝毁渗，
這里驗(yàn)證分兩步，第一步驗(yàn)證證書(shū)的域名/有效期等信息单刁，
第二步是對(duì)比服務(wù)端返回的證書(shū)跟客戶(hù)端返回的是否一致灸异。

• AFSSLPinningModePublicKey：

這個(gè)模式同樣是用證書(shū)綁定方式驗(yàn)證，客戶(hù)端要有服務(wù)端的證書(shū)拷貝羔飞，
只是驗(yàn)證時(shí)只驗(yàn)證證書(shū)里的公鑰肺樟，不驗(yàn)證證書(shū)的有效期等信息。
只要公鑰是正確的逻淌，就能保證通信不會(huì)被竊聽(tīng)么伯，
因?yàn)橹虚g人沒(méi)有私鑰，無(wú)法解開(kāi)通過(guò)公鑰加密的數(shù)據(jù)卡儒。

選擇那種模式呢?
AFSSLPinningModeCertificate最安全的比對(duì)模式田柔。但是也比較麻煩，因?yàn)樽C書(shū)是打包在APP中骨望，如果服務(wù)器證書(shū)改變或者到期硬爆，舊版本無(wú)法使用了，我們就需要用戶(hù)更新APP來(lái)使用最新的證書(shū)擎鸠。
AFSSLPinningModePublicKey只比對(duì)證書(shū)的Public Key缀磕，只要Public Key沒(méi)有改變，證書(shū)的其他變動(dòng)都不會(huì)影響使用劣光。
如果你不能保證你的用戶(hù)總是使用你的APP的最新版本虐骑，所以我們使用AFSSLPinningModePublicKey。

屬性

/**
 服務(wù)器證書(shū)驗(yàn)證模式赎线，默認(rèn)是不驗(yàn)證
 */
@property (readonly, nonatomic, assign) AFSSLPinningMode SSLPinningMode;

/**
 驗(yàn)證服務(wù)器的證書(shū)的集合廷没，默認(rèn)情況下，AFNetworking會(huì)搜索工程中所有.cer的證書(shū)文件垂寥，但不會(huì)將某個(gè)證書(shū)作為默認(rèn)颠黎。如果想創(chuàng)建AFSecurityPolicy對(duì)象另锋，就先調(diào)用certificatesInBundle方法加載證書(shū)，然后調(diào)用policyWithPinningMode:withPinnedCertificates方法創(chuàng)建對(duì)象
 */
@property (nonatomic, strong, nullable) NSSet <NSData *> *pinnedCertificates;

/**
 是否信任無(wú)效或者過(guò)期的證書(shū)狭归，默認(rèn)為否
 */
@property (nonatomic, assign) BOOL allowInvalidCertificates;

/**
 是否驗(yàn)證證書(shū)中的域名夭坪，默認(rèn)為是
 */
@property (nonatomic, assign) BOOL validatesDomainName;

2、AFNetworking實(shí)現(xiàn)

創(chuàng)建自定義安全策略

// 自定義安全策略
- (AFSecurityPolicy *)customSecurityPolicy {
    
    // 獲取證書(shū)
    NSString *cerPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"github2020" ofType:@"cer"];
    NSData *certData = [NSData dataWithContentsOfFile:cerPath];
    NSSet *pinnedCertificates = [[NSSet alloc] initWithObjects:certData, nil];

    /*
     安全模式
     AFSSLPinningModeNone：完全信任服務(wù)器證書(shū)过椎；
     AFSSLPinningModePublicKey：只比對(duì)服務(wù)器證書(shū)和本地證書(shū)的Public Key是否一致室梅，如果一致則信任服務(wù)器證書(shū)；
     AFSSLPinningModeCertificate：比對(duì)服務(wù)器證書(shū)和本地證書(shū)的所有內(nèi)容疚宇，完全一致則信任服務(wù)器證書(shū)
     */
    AFSecurityPolicy *securityPolicy =
    [AFSecurityPolicy policyWithPinningMode:AFSSLPinningModePublicKey
                     withPinnedCertificates:pinnedCertificates];
    
    // allowInvalidCertificates 是否允許無(wú)效證書(shū)（也就是自建的證書(shū)）亡鼠，默認(rèn)為NO
    // 如果是需要驗(yàn)證自建證書(shū)，需要設(shè)置為YES
    securityPolicy.allowInvalidCertificates = YES;
    
    /*
    validatesDomainName 是否需要驗(yàn)證域名敷待，默認(rèn)為YES间涵；
    假如證書(shū)的域名與你請(qǐng)求的域名不一致，需把該項(xiàng)設(shè)置為NO榜揖；
    如設(shè)成NO的話勾哩，即服務(wù)器使用其他可信任機(jī)構(gòu)頒發(fā)的證書(shū)，也可以建立連接举哟，這個(gè)非常危險(xiǎn)思劳，建議打開(kāi)。
    置為NO妨猩，主要用于這種情況：客戶(hù)端請(qǐng)求的是子域名敢艰，而證書(shū)上的是另外一個(gè)域名。
    因?yàn)镾SL證書(shū)上的域名是獨(dú)立的册赛，假如證書(shū)上注冊(cè)的域名是www.google.com钠导，那么mail.google.com是無(wú)法驗(yàn)證通過(guò)的；
    當(dāng)然森瘪，有錢(qián)可以注冊(cè)通配符的域名*.google.com牡属，但這個(gè)還是比較貴的。
    如置為NO扼睬，建議自己添加對(duì)應(yīng)域名的校驗(yàn)邏輯逮栅。
     */
    securityPolicy.validatesDomainName = YES;
    
    return securityPolicy;
}

創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)會(huì)話管理

- (AFHTTPSessionManager *)manager {
    if (!_manager) {
        // 設(shè)置BaseUrl
        NSURL *baseUrl = [NSURL URLWithString:@"https://github.com"];
        AFHTTPSessionManager *manager =
        [[AFHTTPSessionManager manager] initWithBaseURL:baseUrl];
        
        manager.securityPolicy = [self customSecurityPolicy];
        
        manager.responseSerializer = [AFHTTPResponseSerializer serializer];
        manager.responseSerializer.acceptableContentTypes = [NSSet setWithObject:@"text/html"];
        _manager = manager;
    }
    return _manager;
}

發(fā)送請(qǐng)求

// 發(fā)送請(qǐng)求
- (void)sendRequest {
    NSString *urlStr = @"https://github.com/AFNetworking/AFNetworking";
    [self.manager GET:urlStr
           parameters:nil
              headers:nil
             progress:nil
              success:^(NSURLSessionDataTask * _Nonnull task, id  _Nullable responseObject) {
                  NSString *str = [[NSString alloc] initWithData:responseObject
                                                        encoding:NSUTF8StringEncoding];
                  NSLog(@"%@",str);
              } failure:^(NSURLSessionDataTask * _Nullable task, NSError * _Nonnull error) {
                  NSLog(@"%@", error);
              }];
}

附Demo鏈接：https://github.com/ZhangJingHao/ZJHSSLPinning

Charles對(duì)使用SSL Pinning前后抓包對(duì)比

使用SLL Pinning前

使用SLL Pinning后

參考鏈接：
如何使用SSL pinning來(lái)使你的iOS APP更加安全
證書(shū)鎖定SSL Pinning簡(jiǎn)介及用途
AFNetworking + SSL Pinning
SSL pinning using AFNetworking and NSURLSession
淺談HTTPS通信機(jī)制和Charles抓包原理