mPaaS 客戶端證書錯誤避坑指南

1. 背景

HTTPS 做爲站點安全的最佳實踐之一，已經獲得了最普遍的支持。然而在實際生產過程當中，由 TLS/SSL 握手失敗引發的鏈接異常問題依然十分常見。本文將結合 mPaaS 客戶端實際排查案例，介紹這類問題在移動領域的排查和解決方案。

2. TLS/SSL 握手基本流程

HTTPS 的主要做用是在不安全的網絡上建立一個基於 TLS/SSL 協議安全信道，對竊聽和中間人***提供必定程度的合理防禦。TLS/SSL 握手的基本流程以下圖描述：

3. 案例分享

2.1 CFCA 證書的歷史問題

2.1.1 背景

某客戶爲其生產環境的站點申請了一張由 CFCA 簽發的證書。相關域名正確配置該證書且啓用 HTTPS 後，經測試發現他們的客戶端 App 在低版本手機上（ iOS < 10.0，Android < 6.0）沒法鏈接到相關站點。
客戶端調試發現，控制檯會看到證書無效的錯誤信息（Invalid Certificate 或 Certificate Unknown ）。

2.1.2 排查

起初，工程師並不知道客戶的證書是由哪一個機構簽發以及有什麼問題。而對於這類問題，通常均須要客戶端網絡包作進一步的分析與判斷。所以安排客戶在受影響的設備上進行問題復現及客戶端抓包操做。

1. 獲取到網絡包後，首先確認了客戶端鏈接失敗的直接緣由爲 TLS 握手過程異常終止，見下：
   

1. 查看 Encrypted Alert 內容，錯誤信息爲 0x02 0x2E。根據 TLS 1.2 協議（RFC5246 ）的定義， 該錯誤爲由於 certificate_unknown。

1. 繼續查看該證書的具體信息，根據 Server Hello 幀中攜帶的證書信息得知該證書由證書機構 China Financial Certification Authority(CFCA) 簽發。再根據證書信息中的 Authority Information Access (AIA) 信息確認 Intermediate CA 和 Root CA 證書。確認該證書籤發機構的根證書爲 CFCA EV ROOT。

1. 回到存在問題的手機設備上（Android 5.1），檢查系統內置的受信任 CA 根證書列表，未能找到 CFCA EV ROOT CA 證書；而在正常鏈接的手機上，能夠找到該 CA 的根證書並默認設置爲」信任「。

1. 查閱 CFCA 證書的相關說明，該機構的證書在 iOS 10.1 及 Android 6.0 及以上版本才完成入根接入，參考這裏:
   

2.1.3 小結

從上面的分析能夠看到，該問題的根因是低版本客戶端設備沒有內置 CFCA 的 CA 根證書。所以，基本的解決方案包括：

1. 更換其餘 CA 機構簽發的證書，保證其 CA 根證書的在特定設備上已默認信任。

1. 手動在受影響的設備上安裝該 CA 根證書及中間證書，並配置爲信任狀態。

1. 客戶端 App 預置該 CA 根證書，並經過客戶端代碼配置信任該證書。

須要結合不一樣的業務場景選擇合理解決方案。

2.2 證書鏈信任模式引發的問題

背景

某客戶新增了一個容災備用接入地址，啓用了一個新的域名並配置了一張全新的證書。測試發現，切換到該備用地址時，Android 客戶端沒法正常鏈接，報證書未知錯誤（Certificate Unknown）；iOS 客戶端表現正常。

排查

和 2.1 的問題相似，首先在受影響的設備上進行問題復現及客戶端抓包操做。

1. 獲取到網絡包以後，確認了客戶端鏈接失敗的直接緣由爲 TLS 握手過程異常終止，緣由與 2.1 中的問題同樣，爲Certificate Unknown ：
   

1. 相似問題 2.1 的排查動做，查看該證書的 CA 根證書及根證書的信任狀況。
   發現該證書由中間 CA 機構 Secure Site Pro CA G2 簽發，其根 CA 爲 DigiCert Global Root CA:
   
   

1. DigiCert Global Root CA 做爲一個普遍支持的證書籤發機構，其根 CA 證書在絕大多數的設備上均爲受信任狀態，這一點在受影響的設備上也獲得了確認。既然根 CA 的證書處於信任狀態，爲什麼證書驗證仍是失敗？這成爲下一步排查的重點方向。

1. 同一臺設備，切換到正常環境下，也完成一次抓包操做。獲取到新的網絡包後作對比分析，發現兩種狀況下網絡包中體現的區別爲：

• • 正常環境下，服務器返回的證書包含了完整的 CA 證書鏈；

  • 而異常狀況下，服務端返回的證書僅包含葉節點 CA 證書。
    
    

1. 根據上述線索進行排查研究，發現：不一樣於其餘平臺，Android 客戶端默認是不會經過 AIA Extension 去作證書鏈的校驗（ AIA 機制參考這裏）。所以，當中間 CA 證書未安裝或未緩存時，客戶端 App 是不會主動拉取中間 CA 證書並作進一步信任鏈校驗的，參考這裏，從而致使證書校驗失敗。

小結

從上面的排查分析看到，該問題和 Android 平臺自身的證書校驗機制和證書打包方式相關。解決方案包括：

1. 代碼層面手動定製 TrustManager 去定製校驗過程；

1. 或從新打包證書，將中間 CA 證書和根 CA 證書一同打包到服務端證書中。

該客戶綜合開發成本與環境現狀，選擇從新打包證書。新的證書配置完成後，問題獲得解決。

2.3 加密套件協商引發的問題

背景

某客戶反饋他們的 iOS 客戶端 App 用戶在特定運營商網絡環境下沒法打開特定的業務站點（HTTPS 站點）。客戶端處於白屏等待狀態並最終報錯；而在一樣的網絡環境下，系統瀏覽器能夠打開該站點；同一臺設備，切換到另外一個網絡運營商下，也能夠訪問該站點。

排查

1. 因爲該問題直接表如今 Web 層，所以首先嚐試經過 Charles 抓取 HTTP 層包進行分析。HTTP 日誌發現相關 HTTP 請求並未發出。

1. 由此懷疑問題發生在 TCP 層，進而在受影響的設備上進行問題復現及客戶端抓包操做。

1. 獲取到網絡包後，首先確認問題：
   a. 經過頁面域名在網絡包中尋找 DNS 解析結果；
   b. 根據 DNS 解析結果找到站點 IP，並過濾出客戶端與該 IP 之間的訪問狀況；
   c. 觀察客戶端與該服務器之間的網絡活動，發現存在 TLS 握手失敗的狀況：
   

1. 從上面的網絡包能夠看到，服務端（機房 P 中的服務器提供接入服務）在收到 Client Hello 後，直接返回了 Handshake Failure，這種狀況下，通常須要服務端配合排查握手失敗的直接緣由。在客戶端條件下，能夠進一步縮小排查疑點。

1. 從新考慮客戶問題條件：相同的網絡條件下，系統瀏覽器能夠打開該頁面；同一設備切換到另外一運營商下（站點此時由機房 Q 中的服務器提供接入服務），能夠正常訪問。針對這這兩種正常狀況進行抓包和進一步分析。

1. 經過對三種狀況的網絡觀察發現：
   a. 問題 App 發出的 Client Hello 顯示支持 17 種加密套件：
   

   
   b. 正常 App 發出的 Client Hello 顯示支持 26 種加密套件：
   

   
   c. 正常 App 和機房 P 服務器協商的加密套件爲：TLS_RAS_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA (0x000a) （不在問題 App 支持的加密套件範圍內）；
   d. 問題 App 和機房 Q 服務器協商的加密套件爲：TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 (0xc030)（在問題 App 支持的加密套件範圍內）；

1. 根據上述狀況，能夠推論問題的基本狀況爲：

• • 問題 App 發出去的握手請求，支持17種加密套件（ A 集合）；

  • 正常 App 發出去的握手請求，支持26種加密套件（ B 集合）；

  • 機房 P 的接入服務器，能支持 B 集合種的至少一種加密套件，不支持 A 集合中的全部加密套件；

  • 機房 Q 的接入服務器，既支持 A 集合中的至少一種加密套件，也支持 B 集合中的至少一種加密套件；

  • 最終致使 問題 App 沒法經過 機房 P 中的服務器 訪問該站點。

小結

從上面的分析結論能夠看到，因爲客戶端和服務端加密套件不匹配，致使在特定狀況下的握手失敗。進一步的問題解決方案包括：

1. 調整客戶端加密套件，增長支持的 Cipher Suites（涉及客戶端底層 TLS/SSL 庫的升級）；

1. 調整服務端加密套件，增長支持的 Cipher Suites（涉及服務端 TLS/SSL 接入配置）。

該客戶最終選擇調整服務端加密套件，問題獲得解決。

3. 總結

從上述案例的分享和實踐中能夠看到，TLS 層面的問題在客戶端的症狀表現上有類似之處，可是問題的根因卻截然不同。這裏例舉的問題雖不能覆蓋全部的問題場景，但能夠看到基本的排查思路以下：

1. 判斷問題是否屬於 TLS/SSL 層面的問題。

1. 抓取網絡包；有條件的狀況下，能夠針對正常和異常狀況抓取兩份網絡包，以便後續進行對比分析。

1. 根據網絡包探尋問題發生的直接緣由，進而進一步探究問題的根本緣由。

1. 根據分析結論並結合業務場景，選擇合適的解決方案。

這類問題的排查基礎是對 HTTPS 和 TLS/SSL 協議的理解以及對分析工具的掌握。在移動領域，這類問題存在必定的共性，直接瞭解上述結論和分析方法能夠幫助開發者快速「出坑」。

參考

• 如何抓取網絡包，https://help.aliyun.com/document_detail/159169.html

• Security with HTTPS and SSL，https://developer.android.com/training/articles/security-ssl

• Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate and Certificate Revocation List (CRL) Profile，  https://tools.ietf.org/html/rfc5280