【Android】HTTPS“中间人攻击”分析与防御

一、HTTPS的作用

1、 认证服务端与服务器，确保相互之间的信任关系。

2、 加密数据，防止泄露。

3、 验证数据完整性，防止篡改。

二、 HTTPS工作原理

我们这里所关注的Https工作原理，主要指的是SSL协议的握手流程；

HTTP +加密+认证+完整性保护=HTTPS；

HTTPS是身披SSL外壳的HTTP；HTTPS并非是应用层的一种新协议，而是HTTP通信接口部分用SSL协议代替，通信时，HTTP先和SSL通信，再由SSL与TCP通信。

HTTPS采用对称加密和非对称加密两种加密机制，首先使用非对称加密方式（数字证书）完成对称加***的交换，然后再使用对称**加密报文并发送。

非对称加密：一个私钥一个公钥，公钥可以随意发布，公钥加密的密文，可以使用私钥解密；公钥本身几乎无法解密密文。所以安全性高，但是加解密效率低。

对称加密：只有一把**，可以加密和解密，在传输时被截获的话，就没有安全性可言了；所以安全性低，但是加解密效率高。

下面是HTTPS通信流程：

三、 中间人攻击

从HTTPS的工作原理，可以看出HTTPS极好的安全性；但是这种安全性不是绝对的，“中间人攻击”可以很轻易的攻破HTTPS的安全防护，如在用户设备上安装证书（将中间人服务器的证书放到设备的信任列表中）进行中间人攻击；

下面我们来分析“中间人攻击”一般都做了什么，如下图所示，“中间人攻击”的攻击者在网络中拦截客户端的请求，窃取篡改后发送给服务端，并将服务端返回的数据拦截窃取篡改后返回给客户端，即对客户端伪装成服务端，对服务端伪装成客户端。

实现“中间人攻击”的关键点是，攻击者如何绕过客户端的数字证书验证；分析Charles和其他抓包工具的抓包情况，可以分析一种实现方式，在设备上安装并信任攻击者证书，攻击者拦截到客户端的请求后，将自己的数字证书发送给客户端，客户端收到数字证书后，会用内置的数字证书认证机构的公开**和设备安装并信任的证书列表验证收到的数字证书，这里是关键，如果攻击者发送过来的证书已安装在设备信任列表中，那么客户端验证就会通过，客户端会认为对方就是正确的服务端，于是发送对称**给服务端，这样攻击者就成功实现了“中间人攻击”。

四、 防御“中间人攻击”

通过上面对“中间人攻击”的分析，要防御“中间人攻击”，重点是不能让攻击者骗过客户端的数字证书验证，常见措施：

1、单向验证

单向验证也是使用自签名证书常用的证书验证方式，即在APP中预埋公钥证书A_public（对应服务端使用私钥证书A_privite），并直接用预埋的证书来生成TrustManger进行证书验证。在进行验证数字证书时，使用内置的数字证书对其进行验证，这样就算设备中安装并信任了攻击者的数字证书，也无法通过验证，进而确保只有真正的服务端返回的数字证书才能验证通过；

Android下实现代码：

// Load CAs from an InputStream
// (could be from a resource or ByteArrayInputStream or ...)
CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
// From https://www.washington.edu/itconnect/security/ca/load-der.crt
InputStream caInput = new BufferedInputStream(new FileInputStream("load-der.crt"));
Certificate ca;
try {
    ca = cf.generateCertificate(caInput);
    System.out.println("ca=" + ((X509Certificate) ca).getSubjectDN());
} 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("TLS");
context.init(null, tmf.getTrustManagers(), null);

// Tell the URLConnection to use a SocketFactory from our SSLContext
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);

另外我们也可以使用预埋证书自定义TrustManager，但是切记在重写TrustManager的checkServerTrusted()方法时真正进行证书验证（网上很多资料都是在此处什么也没做，即信任所有证书，那就失去了HTTPS的意义），其中要验证那些属性可以根据实际情况自选。

再就是，我们还可实现自定义HostnameVerifer进行服务器证书域名验证，同样重写时要进行真正的验证（网上很多资料都是在此处也是什么没做）。

2、双向验证

双向验证顾名思义，在单向验证的基础上，再增加一对证书B_private与B_public，且APP持有私钥证书B_private，服务端持有公钥证书B_public，并且服务端使用公钥证书B_public对客户端进行证书验证。

Android下的实现代码：

public void setCertificates(InputStream... certificates) {
   try {
      CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
      KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
      keyStore.load(null);
      int index = 0;
      for (InputStream certificate : certificates) {
         String certificateAlias = Integer.toString(index++);
         keyStore.setCertificateEntry(certificateAlias, certificateFactory.generateCertificate(certificate));

         try {
            if (certificate != null)
               certificate.close();
         } catch (IOException e) {
         }
      }

      SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
      TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.
            getInstance(TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
      trustManagerFactory.init(keyStore);

  KeyStore clientKeyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
      clientKeyStore.load(mContext.getAssets().open("私钥证书文件名"), "私钥证书密码".toCharArray());

      KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
      keyManagerFactory.init(clientKeyStore, "私钥证书密码".toCharArray());

      sslContext.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), trustManagerFactory.getTrustManagers(), new SecureRandom());
      mOkHttpClient.setSslSocketFactory(sslContext.getSocketFactory());
   } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
   }
}

核心的代码：

1、使用私钥证书文件初始化KeyStore

KeyStore clientKeyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
clientKeyStore.load(mContext.getAssets().open("私钥证书文件名"), "私钥证书密码".toCharArray());

2、使用1的KeyStore初始化KeyManagerFactory

KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
keyManagerFactory.init(clientKeyStore, "私钥证书密码".toCharArray());

3、通过2的KeyManagerFactory得到KeyManager数组，并使用其初始化SSLContext。

sslContext.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), trustManagerFactory.getTrustManagers(), new SecureRandom());

针对一般应用，使用单向验证即可满足安全需要，当然对于金融等对安全要求特别高的应用，一般会使用双向验证。