基於HTTPS的中間人攻擊-BaseProxy

前言

在上一篇文章BaseProxy:異步http/https代理中,我介紹了本身的開源項目BaseProxy，這個項目的初衷實際上是爲了滲透測試，抓包改包。在知識星球中，有不少朋友問我這個項目的原理及實現代碼，本篇文章就講解一下和這個項目相關的HTTPS的中間人攻擊。

HTTPS隧道代理

HTTPS隧道代理簡單來講是基於TCP協議數據透明轉發，在RFC中，爲這類代理給出了規範，Tunneling TCP based protocols through Web proxy servers。瀏覽器客戶端發送的原始 TCP 流量，代理髮送給遠端服務器後，將接收到的 TCP 流量原封不動返回給瀏覽器。交互流程以下圖所示：

以鏈接百度爲例，瀏覽器首先發起 CONNECT 請求：

CONNECT baidu.com:443 HTTP/1.1

代理收到這樣的請求後，根據 host 地址與服務器創建 TCP 鏈接，並返回給瀏覽器鏈接成功的HTTP 報文（沒有報文體）：

HTTP/1.1 200 Connection Established

瀏覽器一旦收到這個響應報文，就可認爲與服務器的 TCP 鏈接已打通，後續可直接透傳。

在BaseProxy項目中，https=False是對於https實行透傳。

HTTPS中間人攻擊

HTTPS 代理本質上是隧道透傳，僅僅是轉發 TCP 流量，沒法獲取其中的GET/POST請求的具體內容。這就很麻煩，如今 HTTPS 愈來愈廣泛，作安全測試也就拿不到 HTTP 請求。那怎麼作呢？ 代理須要對 TCP 流量進行解密，而後對明文的HTTP請求進行分析，這樣的代理就稱爲HTTPS中間人。

正常的HTTPS隧道

在上圖中，隧道代理負責瀏覽器和服務器之間的TCP流量的轉發。

HTTPS中間人

若是須要對TCP流量進行分析和修改，就要將上圖中的代理功能一分爲二，即代理既要當作TLS服務端，又要當作TLS客戶端，以下圖所示。

在上圖中，用一個 TLS 服務器假裝成遠端的真正的服務器，接收瀏覽器的 TLS 流量，解析成明文。這個時候能夠對明文進行分析修改，而後用明文做爲原始數據，模擬 TLS 客戶端將原始數據向遠端服務器轉發。

CA證書問題

CA證書是我當時遇到的坑，以前沒接觸過。HTTPS傳輸是須要證書的，用來對HTTP明文請求進行加解密。通常正常網站的證書都是由合法的 CA 簽發，則稱爲合法證書。在上圖中，瀏覽器會驗證隧道代理中 TLS 服務器 的證書：

1. 驗證是不是合法 CA 簽發。
2. 驗證該證書 CN 屬性是不是所請求的域名。即若瀏覽器打開 www.baidu.com，則返回的證書 CN 屬性必須是 www.baidu.com。

對於第一點，合法的 CA 機構不會給咱們簽發證書的，不然HTTPS安全性形同虛設，所以咱們須要自制CA證書，並導入到瀏覽器的信任區中。

對於第二點，咱們因爲須要對各個網站進行HTTPS攔截，所以咱們須要實時生成相應域名的服務器證書，並使用自制的CA證書進行簽名。

BaseProxy源碼分析

經過以上的講解，HTTPS中間人的原理已經基本清楚，下面簡要地說明一下BaseProxy源碼。

HTTP服務器

代理其實就是一個HTTPS服務器，使用了Python中的HTTPServer類，爲了增長異步特性，將其放到線程池中。

class MitmProxy(HTTPServer):

    def __init__(self,server_addr=('', 8788),RequestHandlerClass=ProxyHandle, bind_and_activate=True,https=True):
        HTTPServer.__init__(self,server_addr,RequestHandlerClass,bind_and_activate)
        logging.info('HTTPServer is running at address( %s , %d )......'%(server_addr[0],server_addr[1]))
        self.req_plugs = []##請求攔截插件列表
        self.rsp_plugs = []##響應攔截插件列表
        self.ca = CAAuth(ca_file = "ca.pem", cert_file = 'ca.crt')
        self.https = https

    def register(self,intercept_plug):

        if not issubclass(intercept_plug, InterceptPlug):
            raise Exception('Expected type InterceptPlug got %s instead' % type(intercept_plug))

        if issubclass(intercept_plug,ReqIntercept):
            self.req_plugs.append(intercept_plug)

        if issubclass(intercept_plug,RspIntercept):
            self.rsp_plugs.append(intercept_plug)

class AsyncMitmProxy(ThreadingMixIn,MitmProxy):

    pass

HTTPS請求與響應

對HTTP請求的解析與響應，關鍵在於ProxyHandle類，實現其中的do_CONNECT和do_GET方法，並在do_CONNECT方法中判斷是使用透傳模式仍是中間人模式。

class ProxyHandle(BaseHTTPRequestHandler):

    def __init__(self,request,client_addr,server):
        self.is_connected = False
        BaseHTTPRequestHandler.__init__(self,request,client_addr,server)

    def do_CONNECT(self):
        '''
        處理https鏈接請求
        :return:
        '''
        self.is_connected = True#用來標識是否以前經歷過CONNECT
        if self.server.https:
            self.connect_intercept()
        else:
            self.connect_relay()

    def do_GET(self):
        '''
        處理GET請求
        :return:
        '''
      ......

    do_HEAD = do_GET
    do_POST = do_GET
    do_PUT = do_GET
    do_DELETE = do_GET
    do_OPTIONS = do_GET

CA證書生成以及代理證書的自簽名

與CA證書相關的內容都放在了CAAuth類中。生成CA證書代碼以下：

def _gen_ca(self,again=False):
        # Generate key
        #若是證書存在並且不是強制生成，直接返回證書信息
        if os.path.exists(self.ca_file_path) and os.path.exists(self.cert_file_path) and not again:
            self._read_ca(self.ca_file_path) #讀取證書信息
            return
        self.key = PKey()
        self.key.generate_key(TYPE_RSA, 2048)
        # Generate certificate
        self.cert = X509()
        self.cert.set_version(2)
        self.cert.set_serial_number(1)
        self.cert.get_subject().CN = 'baseproxy'
        self.cert.gmtime_adj_notBefore(0)
        self.cert.gmtime_adj_notAfter(315360000)
        self.cert.set_issuer(self.cert.get_subject())
        self.cert.set_pubkey(self.key)
        self.cert.add_extensions([
            X509Extension(b"basicConstraints", True, b"CA:TRUE, pathlen:0"),
            X509Extension(b"keyUsage", True, b"keyCertSign, cRLSign"),
            X509Extension(b"subjectKeyIdentifier", False, b"hash", subject=self.cert),
        ])
        self.cert.sign(self.key, "sha256")
        with open(self.ca_file_path, 'wb+') as f:
            f.write(dump_privatekey(FILETYPE_PEM, self.key))
            f.write(dump_certificate(FILETYPE_PEM, self.cert))

        with open(self.cert_file_path, 'wb+') as f:
            f.write(dump_certificate(FILETYPE_PEM, self.cert))

根據域名實時生成服務器證書，並對服務器證書進行自簽名。代碼以下：

def _sign_ca(self,cn,cnp):
        #使用合法的CA證書爲代理程序生成服務器證書
        # create certificate
        try:

            key = PKey()
            key.generate_key(TYPE_RSA, 2048)

            # Generate CSR
            req = X509Req()
            req.get_subject().CN = cn
            req.set_pubkey(key)
            req.sign(key, 'sha256')

            # Sign CSR
            cert = X509()
            cert.set_version(2)
            cert.set_subject(req.get_subject())
            cert.set_serial_number(self.serial)
            cert.gmtime_adj_notBefore(0)
            cert.gmtime_adj_notAfter(31536000)
            cert.set_issuer(self.cert.get_subject())
            ss = ("DNS:%s" % cn).encode(encoding="utf-8")

            cert.add_extensions(
                [X509Extension(b"subjectAltName", False, ss)])

            cert.set_pubkey(req.get_pubkey())
            cert.sign(self.key, 'sha256')

            with open(cnp, 'wb+') as f:
                f.write(dump_privatekey(FILETYPE_PEM, key))
                f.write(dump_certificate(FILETYPE_PEM, cert))
        except Exception as e:
            raise Exception("generate CA fail:{}".format(str(e)))

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