移動安全-iOS（三）

網絡通訊

咱們知道無線傳輸的數據能被第三方輕易截獲（如使用抓包工具Charles），若是未使用加密措施，可能直接暴露用戶的各類關鍵數據，例如用戶名，密碼等。加入了SSL（Secure Socket Layer）子層實現的HTTPS協議可確保數據在網絡上加密傳輸，即便傳輸的數據被截獲，也沒法解密和還原。

http不使用SSL/TLS的HTTP通訊，就是不加密的通訊。全部信息明文傳播，帶來了三大風險。

• 1 竊聽風險（eavesdropping）：第三方能夠獲知通訊內容。
• 2 篡改風險（tampering）：第三方能夠修改通訊內容。
• 3 冒充風險（pretending）：第三方能夠冒充他人身份參與通訊。

SSL/TLS協議是爲了解決這三大風險而設計的，但願達到：

• 全部信息都是加密傳播，第三方沒法竊聽。
• 具備校驗機制，一旦被篡改，通訊雙方會馬上發現。
• 配備身份證書，防止身份被冒充。

互聯網是開放環境，通訊雙方都是未知身份，這爲協議的設計帶來了很大的難度。並且，協議還必須可以經受全部匪夷所思的攻擊，這使得SSL/TLS協議變得異常複雜。

基本的運行過程

SSL/TLS協議的基本思路是採用公鑰加密法，也就是說，客戶端先向服務器端索要公鑰，而後用公鑰加密信息，服務器收到密文後，用本身的私鑰解密。關於公鑰加密法

可是，這裏有兩個問題。

（1）如何保證公鑰不被篡改？

解決方法：將公鑰放在數字證書中。只要證書是可信的，公鑰就是可信的。

（2）公鑰加密計算量太大，如何減小耗用的時間？

解決方法：每一次對話（session），客戶端和服務器端都生成一個"對話密鑰"（session key），用它來加密信息。因爲"對話密鑰"是對稱加密，因此運算速度很是快，而服務器公鑰只用於加密"對話密鑰"自己，這樣就減小了加密運算的消耗時間。

所以，SSL/TLS協議的基本過程是這樣的：

• 客戶端向服務器端索要並驗證公鑰。
• 雙方協商生成"對話密鑰"。
• 雙方採用"對話密鑰"進行加密通訊。

上面過程的前兩步，又稱爲"握手階段"（handshake）。

4、握手階段的詳細過程

"握手階段"涉及四次通訊，咱們一個個來看。須要注意的是，"握手階段"的全部通訊都是明文的。

客戶端發出請求（ClientHello）

01 首先，客戶端（一般是瀏覽器）先向服務器發出加密通訊的請求，這被叫作ClientHello請求。 在這一步，客戶端主要向服務器提供如下信息

• 支持的協議版本，好比TLS 1.0版。
• 一個客戶端生成的隨機數，稍後用於生成"對話密鑰"。
• 支持的加密方法，好比RSA公鑰加密。
• 支持的壓縮方法。

這裏須要注意的是，客戶端發送的信息之中不包括服務器的域名。也就是說，理論上服務器只能包含一個網站，不然會分不清應該向客戶端提供哪個網站的數字證書。這就是爲何一般一臺服務器只能有一張數字證書的緣由。

** 服務器迴應（SeverHello）**

02 :服務器收到客戶端請求後，向客戶端發出迴應，這叫作SeverHello。服務器的迴應包含如下內容。

• 確認使用的加密通訊協議版本，好比TLS 1.0版本。若是瀏覽器與服務器支持的版本不一致，服務器關閉加密通訊。
• 一個服務器生成的隨機數，稍後用於生成"對話密鑰"。
• （3） 確認使用的加密方法，好比RSA公鑰加密。
• 服務器證書。

除了上面這些信息，若是服務器須要確認客戶端的身份，就會再包含一項請求，要求客戶端提供"客戶端證書"。好比，金融機構每每只容許認證客戶連入本身的網絡，就會向正式客戶提供USB密鑰，裏面就包含了一張客戶端證書。

03客戶端迴應

客戶端收到服務器迴應之後，首先驗證服務器證書。若是證書不是可信機構頒佈、或者證書中的域名與實際域名不一致、或者證書已通過期，就會向訪問者顯示一個警告，由其選擇是否還要繼續通訊。 若是證書沒有問題，客戶端就會從證書中取出服務器的公鑰。而後，向服務器發送下面三項信息。

• 一個隨機數。該隨機數用服務器公鑰加密，防止被竊聽。
• 編碼改變通知，表示隨後的信息都將用雙方商定的加密方法和密鑰發送。
• 客戶端握手結束通知，表示客戶端的握手階段已經結束。這一項同時也是前面發送的全部內容的hash值，用來供服務器校驗。

上面第一項的隨機數，是整個握手階段出現的第三個隨機數，又稱"pre-master key"。有了它之後，客戶端和服務器就同時有了三個隨機數，接着雙方就用事先商定的加密方法，各自生成本次會話所用的同一把"會話密鑰"。 至於爲何必定要用三個隨機數，來生成"會話密鑰"，dog250解釋得很好：

"不論是客戶端仍是服務器，都須要隨機數，這樣生成的密鑰纔不會每次都同樣。因爲SSL協議中證書是靜態的，所以十分有必要引入一種隨機因素來保證協商出來的密鑰的隨機性。 對於RSA密鑰交換算法來講，pre-master-key自己就是一個隨機數，再加上hello消息中的隨機，三個隨機數經過一個密鑰導出器最終導出一個對稱密鑰。 pre master的存在在於SSL協議不信任每一個主機都能產生徹底隨機的隨機數，若是隨機數不隨機，那麼pre master secret就有可能被猜出來，那麼僅適用pre master secret做爲密鑰就不合適了，所以必須引入新的隨機因素，那麼客戶端和服務器加上pre master secret三個隨機數一同生成的密鑰就不容易被猜出了，一個僞隨機可能徹底不隨機，但是是三個僞隨機就十分接近隨機了，每增長一個自由度，隨機性增長的可不是一。"
複製代碼

此外，若是前一步，服務器要求客戶端證書，客戶端會在這一步發送證書及相關信息。

04 服務器的最後迴應

服務器收到客戶端的第三個隨機數pre-master key以後，計算生成本次會話所用的"會話密鑰"。而後，向客戶端最後發送下面信息。

• 編碼改變通知，表示隨後的信息都將用雙方商定的加密方法和密鑰發送。
• 服務器握手結束通知，表示服務器的握手階段已經結束。這一項同時也是前面發送的全部內容的hash值，用來供客戶端校驗。

關於數字證書

該證書包含了公鑰等信息，通常是由服務器發給客戶端，接收方經過驗證這個證書是否是由信賴的CA簽發，或者與本地的證書相對比，來判斷證書是否可信；假如須要雙向驗證，則服務器和客戶端都須要發送數字證書給對方驗證；

數字證書是一個電子文檔，其中包含了持有者的信息、公鑰以及證實該證書有效的數字簽名。而數字證書以及相關的公鑰管理和驗證等技術組成了PKI（公鑰基礎設施）規範體系。通常來講，數字證書是由數字證書認證機構(Certificate authority，即CA)來負責簽發和管理，並承擔PKI體系中公鑰合法性的檢驗責任；數字證書的類型有不少，而HTTPS使用的是SSL證書。 怎麼來驗證數字證書是由CA簽發的，而不是第三方僞造的呢？ 在回答這個問題前，咱們須要先了解CA的組織結構。首先，CA組織結構中，最頂層的就是根CA，根CA下能夠受權給多個二級CA，而二級CA又能夠受權多個三級CA，因此CA的組織結構是一個樹結構。對於SSL證書市場來講，主要被Symantec(旗下有VeriSign和GeoTrust)、Comodo SSL、Go Daddy 和 GlobalSign 瓜分。 瞭解了CA的組織結構後，來看看數字證書的簽發流程：

數字證書的簽發機構CA，在接收到申請者的資料後進行覈對並肯定信息的真實有效，而後就會製做一份符合X.509標準的文件。證書中的證書內容包含的持有者信息和公鑰等都是由申請者提供的，而數字簽名則是CA機構對證書內容進行hash加密後獲得的，而這個數字簽名就是咱們驗證證書是不是有可信CA簽發的數據。

假設上圖證書是由證書籤發機構CA1簽發的。

• 接收端接到一份數字證書Cer1後，對證書的內容作Hash獲得H1；
• 從簽發該證書的機構CA1的數字證書中找到公鑰，對證書上數字簽名進行解密，獲得證書Cer1簽名的Hash摘要H2；
• 對比H1和H2，如相等，則表示證書沒有被篡改。
• 但這個時候仍是不知道CA是不是合法的，咱們看到上圖中有CA機構的數字證書，這個證書是公開的，全部人均可以獲取到。而這個證書中的數字簽名是上一級生成的，因此能夠這樣一直遞歸驗證下去，直到根CA。根CA是自驗證的，即他的數字簽名是由本身的私鑰來生成的。合法的根CA會被瀏覽器和操做系統加入到權威信任CA列表中，這樣就完成了最終的驗證。因此，必定要保護好本身環境（瀏覽器/操做系統）中根CA信任列表，信任了根CA就表示信任全部根CA下全部子級CA所簽發的證書，不要隨便添加根CA證書。

通常操做系統和瀏覽器只包含根CA機構的證書，而在配置Web服務器的HTTPS時，也會將配置整個證書鏈，因此整個校驗流程是從最後的葉子節點證書開始，用父節點校驗子節點，一層層校驗整個證書鏈的可信性。

Basic Constraint校驗漏洞 那是否無論多少層均可以這樣一直信任下去呢？理論上是可行的，但會遇到一個問題。假設我從可信CA機構購買了一張證書，使用這張證書籤發的證書是否也會被操做系統和瀏覽器信任呢？明顯是不該該相信的，由於我並非CA機構，假如我簽發的證書也被信任的話，那我徹底能夠本身簽發任何域名的證書來進行僞造攻擊。這就是著名的Basic Constraint校驗漏洞，X.509證書中的Basic Constraint包含了這是否是一個CA機構，以及有效證書路徑的最大深度（即，這個CA還可否繼續簽發CA機構證書及其簽發子CA證書的路徑深度）。但在幾年前，包括微軟和Apple都爆出了沒有正確校驗這些信息的漏洞。

Basic Constraint信息請看下圖：

上圖是Google Internet Authority G2的證書，該證書是個CA機構證書；路徑深度爲0，表示該證書沒法再簽發CA證書，只能簽發客戶證書(client certificate)。

上圖是google.com的證書，這是個客戶證書(client certificate)，不可再簽發子證書，因此由該證書籤發的子證書是不會被信任的。

以上是我對TLS的學習， 主要參考文章

阮一峯：SSL/TLS協議運行機制的概述

MicroSoft TechNet： MicroSoft TechNet,

The First Few Milliseconds of an HTTPS Connection :The First Few Milliseconds of an HTTPS Connection

Transport Layer Security: en.wikipedia.org/wiki/Transp…

stackChange :How does SSL/TLS work?

Jaminzzhang :iOS安全系列之一：HTTPS