移动安全-iOS（三）

网络通讯

咱们知道无线传输的数据能被第三方轻易截获（如使用抓包工具Charles），若是未使用加密措施，可能直接暴露用户的各类关键数据，例如用户名，密码等。加入了SSL（Secure Socket Layer）子层实现的HTTPS协议可确保数据在网络上加密传输，即便传输的数据被截获，也没法解密和还原。

http不使用SSL/TLS的HTTP通讯，就是不加密的通讯。全部信息明文传播，带来了三大风险。

• 1 窃听风险（eavesdropping）：第三方能够获知通讯内容。
• 2 篡改风险（tampering）：第三方能够修改通讯内容。
• 3 冒充风险（pretending）：第三方能够冒充他人身份参与通讯。

SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的，但愿达到：

• 全部信息都是加密传播，第三方没法窃听。
• 具备校验机制，一旦被篡改，通讯双方会马上发现。
• 配备身份证书，防止身份被冒充。

互联网是开放环境，通讯双方都是未知身份，这为协议的设计带来了很大的难度。并且，协议还必须可以经受全部匪夷所思的攻击，这使得SSL/TLS协议变得异常复杂。

基本的运行过程

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，而后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用本身的私钥解密。关于公钥加密法

可是，这里有两个问题。

（1）如何保证公钥不被篡改？

解决方法：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。

（2）公钥加密计算量太大，如何减小耗用的时间？

解决方法：每一次对话（session），客户端和服务器端都生成一个"对话密钥"（session key），用它来加密信息。因为"对话密钥"是对称加密，因此运算速度很是快，而服务器公钥只用于加密"对话密钥"自己，这样就减小了加密运算的消耗时间。

所以，SSL/TLS协议的基本过程是这样的：

• 客户端向服务器端索要并验证公钥。
• 双方协商生成"对话密钥"。
• 双方采用"对话密钥"进行加密通讯。

上面过程的前两步，又称为"握手阶段"（handshake）。

4、握手阶段的详细过程

"握手阶段"涉及四次通讯，咱们一个个来看。须要注意的是，"握手阶段"的全部通讯都是明文的。

客户端发出请求（ClientHello）

01 首先，客户端（一般是浏览器）先向服务器发出加密通讯的请求，这被叫作ClientHello请求。 在这一步，客户端主要向服务器提供如下信息

• 支持的协议版本，好比TLS 1.0版。
• 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。
• 支持的加密方法，好比RSA公钥加密。
• 支持的压缩方法。

这里须要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，不然会分不清应该向客户端提供哪个网站的数字证书。这就是为何一般一台服务器只能有一张数字证书的缘由。

** 服务器回应（SeverHello）**

02 :服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫作SeverHello。服务器的回应包含如下内容。

• 确认使用的加密通讯协议版本，好比TLS 1.0版本。若是浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通讯。
• 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成"对话密钥"。
• （3） 确认使用的加密方法，好比RSA公钥加密。
• 服务器证书。

除了上面这些信息，若是服务器须要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供"客户端证书"。好比，金融机构每每只容许认证客户连入本身的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。

03客户端回应

客户端收到服务器回应之后，首先验证服务器证书。若是证书不是可信机构颁布、或者证书中的域名与实际域名不一致、或者证书已通过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通讯。 若是证书没有问题，客户端就会从证书中取出服务器的公钥。而后，向服务器发送下面三项信息。

• 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密，防止被窃听。
• 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
• 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的全部内容的hash值，用来供服务器校验。

上面第一项的随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称"pre-master key"。有了它之后，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把"会话密钥"。 至于为何必定要用三个随机数，来生成"会话密钥"，dog250解释得很好：

"不论是客户端仍是服务器，都须要随机数，这样生成的密钥才不会每次都同样。因为SSL协议中证书是静态的，所以十分有必要引入一种随机因素来保证协商出来的密钥的随机性。 对于RSA密钥交换算法来讲，pre-master-key自己就是一个随机数，再加上hello消息中的随机，三个随机数经过一个密钥导出器最终导出一个对称密钥。 pre master的存在在于SSL协议不信任每一个主机都能产生彻底随机的随机数，若是随机数不随机，那么pre master secret就有可能被猜出来，那么仅适用pre master secret做为密钥就不合适了，所以必须引入新的随机因素，那么客户端和服务器加上pre master secret三个随机数一同生成的密钥就不容易被猜出了，一个伪随机可能彻底不随机，但是是三个伪随机就十分接近随机了，每增长一个自由度，随机性增长的可不是一。"
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此外，若是前一步，服务器要求客户端证书，客户端会在这一步发送证书及相关信息。

04 服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key以后，计算生成本次会话所用的"会话密钥"。而后，向客户端最后发送下面信息。

• 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。
• 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发送的全部内容的hash值，用来供客户端校验。

关于数字证书

该证书包含了公钥等信息，通常是由服务器发给客户端，接收方经过验证这个证书是否是由信赖的CA签发，或者与本地的证书相对比，来判断证书是否可信；假如须要双向验证，则服务器和客户端都须要发送数字证书给对方验证；

数字证书是一个电子文档，其中包含了持有者的信息、公钥以及证实该证书有效的数字签名。而数字证书以及相关的公钥管理和验证等技术组成了PKI（公钥基础设施）规范体系。通常来讲，数字证书是由数字证书认证机构(Certificate authority，即CA)来负责签发和管理，并承担PKI体系中公钥合法性的检验责任；数字证书的类型有不少，而HTTPS使用的是SSL证书。 怎么来验证数字证书是由CA签发的，而不是第三方伪造的呢？ 在回答这个问题前，咱们须要先了解CA的组织结构。首先，CA组织结构中，最顶层的就是根CA，根CA下能够受权给多个二级CA，而二级CA又能够受权多个三级CA，因此CA的组织结构是一个树结构。对于SSL证书市场来讲，主要被Symantec(旗下有VeriSign和GeoTrust)、Comodo SSL、Go Daddy 和 GlobalSign 瓜分。 了解了CA的组织结构后，来看看数字证书的签发流程：

数字证书的签发机构CA，在接收到申请者的资料后进行核对并肯定信息的真实有效，而后就会制做一份符合X.509标准的文件。证书中的证书内容包含的持有者信息和公钥等都是由申请者提供的，而数字签名则是CA机构对证书内容进行hash加密后获得的，而这个数字签名就是咱们验证证书是不是有可信CA签发的数据。

假设上图证书是由证书签发机构CA1签发的。

• 接收端接到一份数字证书Cer1后，对证书的内容作Hash获得H1；
• 从签发该证书的机构CA1的数字证书中找到公钥，对证书上数字签名进行解密，获得证书Cer1签名的Hash摘要H2；
• 对比H1和H2，如相等，则表示证书没有被篡改。
• 但这个时候仍是不知道CA是不是合法的，咱们看到上图中有CA机构的数字证书，这个证书是公开的，全部人均可以获取到。而这个证书中的数字签名是上一级生成的，因此能够这样一直递归验证下去，直到根CA。根CA是自验证的，即他的数字签名是由本身的私钥来生成的。合法的根CA会被浏览器和操做系统加入到权威信任CA列表中，这样就完成了最终的验证。因此，必定要保护好本身环境（浏览器/操做系统）中根CA信任列表，信任了根CA就表示信任全部根CA下全部子级CA所签发的证书，不要随便添加根CA证书。

通常操做系统和浏览器只包含根CA机构的证书，而在配置Web服务器的HTTPS时，也会将配置整个证书链，因此整个校验流程是从最后的叶子节点证书开始，用父节点校验子节点，一层层校验整个证书链的可信性。

Basic Constraint校验漏洞 那是否无论多少层均可以这样一直信任下去呢？理论上是可行的，但会遇到一个问题。假设我从可信CA机构购买了一张证书，使用这张证书签发的证书是否也会被操做系统和浏览器信任呢？明显是不该该相信的，由于我并非CA机构，假如我签发的证书也被信任的话，那我彻底能够本身签发任何域名的证书来进行伪造攻击。这就是著名的Basic Constraint校验漏洞，X.509证书中的Basic Constraint包含了这是否是一个CA机构，以及有效证书路径的最大深度（即，这个CA还可否继续签发CA机构证书及其签发子CA证书的路径深度）。但在几年前，包括微软和Apple都爆出了没有正确校验这些信息的漏洞。

Basic Constraint信息请看下图：

上图是Google Internet Authority G2的证书，该证书是个CA机构证书；路径深度为0，表示该证书没法再签发CA证书，只能签发客户证书(client certificate)。

上图是google.com的证书，这是个客户证书(client certificate)，不可再签发子证书，因此由该证书签发的子证书是不会被信任的。

以上是我对TLS的学习， 主要参考文章

阮一峰：SSL/TLS协议运行机制的概述

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