验证 HTTPS 请求的证书（五）

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文章来自验证 HTTPS 请求的证书（五）

作者Blog: Draveness

自 iOS9 发布之后，由于新特性 App Transport Security 的引入，在默认行为下是不能发送 HTTP 请求的。很多网站都在转用 HTTPS，而 AFNetworking 中的 AFSecurityPolicy 就是为了阻止中间人攻击，以及其它漏洞的工具。

AFSecurityPolicy 主要作用就是验证 HTTPS 请求的证书是否有效，如果 app 中有一些敏感信息或者涉及交易信息，一定要使用 HTTPS 来保证交易或者用户信息的安全。

AFSSLPinningMode

使用 AFSecurityPolicy 时，总共有三种验证服务器是否被信任的方式：

typedef NS_ENUM(NSUInteger, AFSSLPinningMode) {
    AFSSLPinningModeNone,
    AFSSLPinningModePublicKey,
    AFSSLPinningModeCertificate,
};
  • AFSSLPinningModeNone 是默认的认证方式，只会在系统的信任的证书列表中对服务端返回的证书进行验证
  • AFSSLPinningModeCertificate 需要客户端预先保存服务端的证书
  • AFSSLPinningModePublicKey 也需要预先保存服务端发送的证书，但是这里只会验证证书中的公钥是否正确

初始化以及设置

在使用 AFSecurityPolicy 验证服务端是否受到信任之前，要对其进行初始化，使用初始化方法时，主要目的是设置验证服务器是否受信任的方式。

+ (instancetype)policyWithPinningMode:(AFSSLPinningMode)pinningMode {
    return [self policyWithPinningMode:pinningMode withPinnedCertificates:[self defaultPinnedCertificates]];
}

+ (instancetype)policyWithPinningMode:(AFSSLPinningMode)pinningMode withPinnedCertificates:(NSSet *)pinnedCertificates {
    AFSecurityPolicy *securityPolicy = [[self alloc] init];
    securityPolicy.SSLPinningMode = pinningMode;

    [securityPolicy setPinnedCertificates:pinnedCertificates];

    return securityPolicy;
}

这里没有什么地方值得解释的。不过在调用 pinnedCertificate 的 setter 方法时，会从全部的证书中取出公钥保存到 pinnedPublicKeys 属性中。

- (void)setPinnedCertificates:(NSSet *)pinnedCertificates {
    _pinnedCertificates = pinnedCertificates;

    if (self.pinnedCertificates) {
        NSMutableSet *mutablePinnedPublicKeys = [NSMutableSet setWithCapacity:[self.pinnedCertificates count]];
        for (NSData *certificate in self.pinnedCertificates) {
            id publicKey = AFPublicKeyForCertificate(certificate);
            if (!publicKey) {
                continue;
            }
            [mutablePinnedPublicKeys addObject:publicKey];
        }
        self.pinnedPublicKeys = [NSSet setWithSet:mutablePinnedPublicKeys];
    } else {
        self.pinnedPublicKeys = nil;
    }
}

在这里调用了 AFPublicKeyForCertificate 对证书进行操作，返回一个公钥。

操作 SecTrustRef

对 serverTrust 的操作的函数基本上都是 C 的 API，都定义在 Security 模块中，先来分析一下在上一节中 AFPublicKeyForCertificate 的实现

static id AFPublicKeyForCertificate(NSData *certificate) {
    id allowedPublicKey = nil;
    SecCertificateRef allowedCertificate;
    SecCertificateRef allowedCertificates[1];
    CFArrayRef tempCertificates = nil;
    SecPolicyRef policy = nil;
    SecTrustRef allowedTrust = nil;
    SecTrustResultType result;

    allowedCertificate = SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificate);
    __Require_Quiet(allowedCertificate != NULL, _out);

    allowedCertificates[0] = allowedCertificate;
    tempCertificates = CFArrayCreate(NULL, (const void **)allowedCertificates, 1, NULL);

    policy = SecPolicyCreateBasicX509();
    __Require_noErr_Quiet(SecTrustCreateWithCertificates(tempCertificates, policy, &allowedTrust), _out);
    __Require_noErr_Quiet(SecTrustEvaluate(allowedTrust, &result), _out);

    allowedPublicKey = (__bridge_transfer id)SecTrustCopyPublicKey(allowedTrust);

_out:
    if (allowedTrust) {
        CFRelease(allowedTrust);
    }

    if (policy) {
        CFRelease(policy);
    }

    if (tempCertificates) {
        CFRelease(tempCertificates);
    }

    if (allowedCertificate) {
        CFRelease(allowedCertificate);
    }

    return allowedPublicKey;
}

  1. 初始化一坨临时变量

     id allowedPublicKey = nil;
 SecCertificateRef allowedCertificate;
 SecCertificateRef allowedCertificates[1];
 CFArrayRef tempCertificates = nil;
 SecPolicyRef policy = nil;
 SecTrustRef allowedTrust = nil;
 SecTrustResultType result;

  2. 使用 SecCertificateCreateWithData 通过 DER 表示的数据生成一个 SecCertificateRef，然后判断返回值是否为 NULL

     allowedCertificate = SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificate);
 __Require_Quiet(allowedCertificate != NULL, _out);

    • 这里使用了一个非常神奇的宏 __Require_Quiet，它会判断 allowedCertificate != NULL 是否成立，如果 allowedCertificate 为空就会跳到 _out 标签处继续执行

        #ifndef __Require_Quiet
      #define __Require_Quiet(assertion, exceptionLabel)                            \
        do                                                                          \
        {                                                                           \
            if ( __builtin_expect(!(assertion), 0) )                                \
            {                                                                       \
                goto exceptionLabel;                                                \
            }                                                                       \
        } while ( 0 )
  #endif

  3. 通过上面的 allowedCertificate 创建一个 CFArray

     allowedCertificates[0] = allowedCertificate;
 tempCertificates = CFArrayCreate(NULL, (const void **)allowedCertificates, 1, NULL);
    • 下面的 SecTrustCreateWithCertificates 只会接收数组作为参数。

  4. 创建一个默认的符合 X509 标准的 SecPolicyRef，通过默认的 SecPolicyRef 和证书创建一个 SecTrustRef 用于信任评估，对该对象进行信任评估，确认生成的 SecTrustRef 是值得信任的。

         policy = SecPolicyCreateBasicX509();
     __Require_noErr_Quiet(SecTrustCreateWithCertificates(tempCertificates, policy, &allowedTrust), _out);
     __Require_noErr_Quiet(SecTrustEvaluate(allowedTrust, &result), _out);
    • 这里使用的 __Require_noErr_Quiet 和上面的宏差不多，只是会根据返回值判断是否存在错误。

  5. 获取公钥

     allowedPublicKey = (__bridge_transfer id)SecTrustCopyPublicKey(allowedTrust);
    • 这里的 __bridge_transfer 会将结果桥接成 NSObject 对象，然后将 SecTrustCopyPublicKey 返回的指针释放。

  6. 释放各种 C 语言指针

     if (allowedTrust) {
     CFRelease(allowedTrust);
 }
	
 if (policy) {
     CFRelease(policy);
 }
	
 if (tempCertificates) {
     CFRelease(tempCertificates);
 }
	
 if (allowedCertificate) {
     CFRelease(allowedCertificate);
 }

每一个 SecTrustRef 的对象都是包含多个 SecCertificateRef 和 SecPolicyRef。其中 SecCertificateRef 可以使用 DER 进行表示，并且其中存储着公钥信息。

对它的操作还有 AFCertificateTrustChainForServerTrust 和 AFPublicKeyTrustChainForServerTrust 但是它们几乎调用了相同的 API。

static NSArray * AFCertificateTrustChainForServerTrust(SecTrustRef serverTrust) {
    CFIndex certificateCount = SecTrustGetCertificateCount(serverTrust);
    NSMutableArray *trustChain = [NSMutableArray arrayWithCapacity:(NSUInteger)certificateCount];

    for (CFIndex i = 0; i < certificateCount; i++) {
        SecCertificateRef certificate = SecTrustGetCertificateAtIndex(serverTrust, i);
        [trustChain addObject:(__bridge_transfer NSData *)SecCertificateCopyData(certificate)];
    }

    return [NSArray arrayWithArray:trustChain];
}
  • SecTrustGetCertificateAtIndex 获取 SecTrustRef 中的证书
  • SecCertificateCopyData 从证书中或者 DER 表示的数据

验证服务端是否受信

验证服务端是否守信是通过 - [AFSecurityPolicy evaluateServerTrust:forDomain:] 方法进行的。

- (BOOL)evaluateServerTrust:(SecTrustRef)serverTrust
                  forDomain:(NSString *)domain
{

	#1: 不能隐式地信任自己签发的证书
	
	#2: 设置 policy
	
	#3: 验证证书是否有效
	
	#4: 根据 SSLPinningMode 对服务端进行验证
    
    return NO;
}

  1. 不能隐式地信任自己签发的证书

     if (domain && self.allowInvalidCertificates && self.validatesDomainName && (self.SSLPinningMode == AFSSLPinningModeNone || [self.pinnedCertificates count] == 0)) {
     NSLog(@"In order to validate a domain name for self signed certificates, you MUST use pinning.");
     return NO;
 }

    Do not implicitly trust self-signed certificates as anchors (kSecTrustOptionImplicitAnchors). Instead, add your own (self-signed) CA certificate to the list of trusted anchors.

    • 所以如果没有提供证书或者不验证证书，并且还设置 allowInvalidCertificates 为真，满足上面的所有条件，说明这次的验证是不安全的，会直接返回 NO

  2. 设置 policy

     NSMutableArray *policies = [NSMutableArray array];
 if (self.validatesDomainName) {
     [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateSSL(true, (__bridge CFStringRef)domain)];
 } else {
     [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateBasicX509()];
 }
    • 如果要验证域名的话，就以域名为参数创建一个 SecPolicyRef，否则会创建一个符合 X509 标准的默认 SecPolicyRef 对象

  3. 验证证书的有效性

     if (self.SSLPinningMode == AFSSLPinningModeNone) {
     return self.allowInvalidCertificates || AFServerTrustIsValid(serverTrust);
 } else if (!AFServerTrustIsValid(serverTrust) && !self.allowInvalidCertificates) {
     return NO;
 }
    • 如果只根据信任列表中的证书进行验证，即 self.SSLPinningMode == AFSSLPinningModeNone。如果允许无效的证书的就会直接返回 YES。不允许就会对服务端信任进行验证。
    • 如果服务器信任无效，并且不允许无效证书，就会返回 NO

  4. 根据 SSLPinningMode 对服务器信任进行验证

     switch (self.SSLPinningMode) {
     case AFSSLPinningModeNone:
     default:
         return NO;
     case AFSSLPinningModeCertificate: {
         ...
     }
     case AFSSLPinningModePublicKey: {
         ...
     }
 }
    • AFSSLPinningModeNone 直接返回 NO

    • AFSSLPinningModeCertificate

        NSMutableArray *pinnedCertificates = [NSMutableArray array];
  for (NSData *certificateData in self.pinnedCertificates) {
      [pinnedCertificates addObject:(__bridge_transfer id)SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificateData)];
  }
  SecTrustSetAnchorCertificates(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)pinnedCertificates);
		
  if (!AFServerTrustIsValid(serverTrust)) {
      return NO;
  }
		
  // obtain the chain after being validated, which *should* contain the pinned certificate in the last position (if it's the Root CA)
  NSArray *serverCertificates = AFCertificateTrustChainForServerTrust(serverTrust);
		
  for (NSData *trustChainCertificate in [serverCertificates reverseObjectEnumerator]) {
      if ([self.pinnedCertificates containsObject:trustChainCertificate]) {
          return YES;
      }
  }
		
  return NO;
      1. 从 self.pinnedCertificates 中获取 DER 表示的数据
      2. 使用 SecTrustSetAnchorCertificates 为服务器信任设置证书
      3. 判断服务器信任的有效性
      4. 使用 AFCertificateTrustChainForServerTrust 获取服务器信任中的全部 DER 表示的证书
      5. 如果 pinnedCertificates 中有相同的证书，就会返回 YES

    • AFSSLPinningModePublicKey

        NSUInteger trustedPublicKeyCount = 0;
  NSArray *publicKeys = AFPublicKeyTrustChainForServerTrust(serverTrust);
		
  for (id trustChainPublicKey in publicKeys) {
      for (id pinnedPublicKey in self.pinnedPublicKeys) {
          if (AFSecKeyIsEqualToKey((__bridge SecKeyRef)trustChainPublicKey, (__bridge SecKeyRef)pinnedPublicKey)) {
              trustedPublicKeyCount += 1;
          }
      }
  }
  return trustedPublicKeyCount > 0;
      • 这部分的实现和上面的差不多，区别有两点
        1. 会从服务器信任中获取公钥
        2. pinnedPublicKeys 中的公钥与服务器信任中的公钥相同的数量大于 0，就会返回真

与 AFURLSessionManager 协作

在代理协议 - URLSession:didReceiveChallenge:completionHandler: 或者 - URLSession:task:didReceiveChallenge:completionHandler: 代理方法被调用时会运行这段代码

if ([challenge.protectionSpace.authenticationMethod isEqualToString:NSURLAuthenticationMethodServerTrust]) {
    if ([self.securityPolicy evaluateServerTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust forDomain:challenge.protectionSpace.host]) {
        disposition = NSURLSessionAuthChallengeUseCredential;
        credential = [NSURLCredential credentialForTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust];
    } else {
        disposition = NSURLSessionAuthChallengeRejectProtectionSpace;
    }
} else {
    disposition = NSURLSessionAuthChallengePerformDefaultHandling;
}

NSURLAuthenticationChallenge 表示一个认证的挑战，提供了关于这次认证的全部信息。它有一个非常重要的属性 protectionSpace，这里保存了需要认证的保护空间, 每一个 NSURLProtectionSpace 对象都保存了主机地址，端口和认证方法等重要信息。

在上面的方法中，如果保护空间中的认证方法为 NSURLAuthenticationMethodServerTrust，那么就会使用在上一小节中提到的方法 - [AFSecurityPolicy evaluateServerTrust:forDomain:] 对保护空间中的 serverTrust 以及域名 host 进行认证

根据认证的结果，会在 completionHandler 中传入不同的 disposition 和 credential 参数。

小结

  • AFSecurityPolicy 同样也作为一个即插即用的模块，在 AFNetworking 中作为验证 HTTPS 证书是否有效的模块存在，在 iOS 对 HTTPS 日渐重视的今天，在我看来，使用 HTTPS 会成为今后 API 开发的标配。

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