Https浅析与实现（iOS）

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前言

随着iOS9的发布以及对iOS平台的安全问题的关注度的提高，iOS安全问题慢慢被提上日程。最近了解了一下iOS9下Https的相关实现，和大家分享一下。

Https浅析

Https和http有何异同

https和http从数据解析和交换来说本质上没有任何区别，https可以看做经过校验和加密的http通信。也可以说在网络应用层，http+ssl/tsl形成了https。

Https的通信过程

  1. 客户端产生一个随机数，将这个随机数以及客户端支持的加密算法发送给服务器.

  2. 服务器接到请求，确认双方使用的加密算法并产生第二个随机数，把证书和第二个随机数发送给客户端

  3. 客户端接收到证书之后验证服务器的身份。无效，则取消连接。有效，则生成第三个随机数，领用证书中的公钥对第三个随机数进行加密，传输给服务器。

  4. 服务器接收到第三个随机数后利用服务器上的私钥进行解密，然后得到第三个随机数

  5. 客户端和服务器使用这个三个随机数生成的“对话秘钥”进行加密，进行后续的通信过程。

安全性的保证：

虽然第一个和第二个随机数是明文，但是第三个随机数使用非对称加密方法进行加密，而且私钥从来没有在网络中进行传输，从理论上讲整个通信过程是安全的。

相关概念解释

SSL/TLS看这里：

SSL/TLS协议运行机制的概述

图解SSL/TLS协议

SSL/TLS版本相关

数字证书：
该证书包含了公钥等信息，一般是由服务器发给客户端，接收方通过验证这个证书是不是由信赖的CA签发，或者与本地的证书相对比，来判断证书是否可信；假如需要双向验证，则服务器和客户端都需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、公钥以及证明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。一般来说，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；数字证书的类型有很多，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，我们需要先了解CA的组织结构。首先，CA组织结构中，最顶层的就是根CA，根CA下可以授权给多个二级CA，而二级CA又可以授权多个三级CA，所以CA的组织结构是一个树结构。对于SSL证书市场来说，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确定信息的真实有效，然后就会制作一份符合X.509标准的文件。证书中的证书内容包括了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加密后等到的，而这个数字签名就是我们验证证书是否是有可信CA签发的数据。

接收端接到一份数字证书Cer1后，对证书的内容做Hash等到H1；然后在签发该证书的机构CA1的数字证书中找到公钥，对证书上数字签名进行解密，得到证书Cer1签名的Hash摘要H2；对比H1和H2，假如相等，则表示证书没有被篡改。但这个时候还是不知道CA是否是合法的，我们看到上图中有CA机构的数字证书，这个证书是公开的，所有人都可以获取到。而这个证书中的数字签名是上一级生成的，所以可以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自己的私钥来生成的。合法的根CA会被浏览器和操作系统加入到权威信任CA列表中，这样就完成了最终的验证。所以，一定要保护好自己环境（浏览器/操作系统）中根CA信任列表，信任了根CA就表示信任所有根CA下所有子级CA所签发的证书，不要随便添加根CA证书。

Https实现（iOS）

证书准备

  1. 创建私钥：

    openssl genrsa -out root/root-key.pem 1024

  2. 创建证书请求：

    openssl req -new -out root/root-req.csr -key root/root-key.pem

  3. 自签署证书：

    openssl x509 -req -in root/root-req.csr -out root/root-cert.pem -signkey root/root-key.pem -days 3650

  4. 将证书导出成浏览器支持的.p12格式：

    openssl pkcs12 -export -clcerts -in root/root-cert.pem -inkey root/root-key.pem -out root/root.p12

连接

因为我们只需要验证一次证书，我们只需要创建一次就好了，不需要像原文那样创建那么多。我们客户端需呀的cer文件也可以由pem文件直接转换导出即可。

NSURLConnection实现

系统默认验证流程
// Now start the connection
NSURL *httpsURL = [NSURL URLWithString:@"https://www.google.com"];
self.connection = [NSURLConnection connectionWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:httpsURL] delegate:self];

//回调
- (void)connection:(NSURLConnection *)connection willSendRequestForAuthenticationChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge {

    //1)获取trust object
    SecTrustRef trust = challenge.protectionSpace.serverTrust;
    SecTrustResultType result;

    //2)SecTrustEvaluate对trust进行验证
    OSStatus status = SecTrustEvaluate(trust, &result);
    if (status == errSecSuccess && (result == kSecTrustResultProceed || result == kSecTrustResultUnspecified)) {

        //3)验证成功，生成NSURLCredential凭证cred，告知challenge的sender使用这个凭证来继续连接
        NSURLCredential *cred = [NSURLCredential credentialForTrust:trust];
        [challenge.sender useCredential:cred forAuthenticationChallenge:challenge];

    } else {

        //5)验证失败，取消这次验证流程
        [challenge.sender cancelAuthenticationChallenge:challenge];

    }
}

自建证书验证流程
//先导入证书
NSString * cerPath = ...; //证书的路径
NSData * cerData = [NSData dataWithContentsOfFile:cerPath];
SecCertificateRef certificate = SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)(cerData));
self.trustedCertificates = @[CFBridgingRelease(certificate)];

//回调
- (void)connection:(NSURLConnection *)connection willSendRequestForAuthenticationChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge {

    //1)获取trust object
    SecTrustRef trust = challenge.protectionSpace.serverTrust;
    SecTrustResultType result;
    //注意：这里将之前导入的证书设置成下面验证的Trust Object的anchor certificate
    SecTrustSetAnchorCertificates(trust, (__bridge CFArrayRef)self.trustedCertificates);

    //2)SecTrustEvaluate会查找前面SecTrustSetAnchorCertificates设置的证书或者系统默认提供的证书，对trust进行验证
    OSStatus status = SecTrustEvaluate(trust, &result);
    if (status == errSecSuccess && (result == kSecTrustResultProceed || result == kSecTrustResultUnspecified)) {

        //3)验证成功，生成NSURLCredential凭证cred，告知challenge的sender使用这个凭证来继续连接
        NSURLCredential *cred = [NSURLCredential credentialForTrust:trust];
        [challenge.sender useCredential:cred forAuthenticationChallenge:challenge];

    } else {

        //5)验证失败，取消这次验证流程
        [challenge.sender cancelAuthenticationChallenge:challenge];
    }
}

AFNetworking对Https的支持

因为AFNetworking直接会遍历bundle找到对应的cer证书文件，故不需要添加证书路径，只需要把证书添加到工程中即可。

NSURL * url = [NSURL URLWithString:@"https://www.google.com"];
AFHTTPRequestOperationManager * requestOperationManager = [[AFHTTPRequestOperationManager alloc] initWithBaseURL:url];
dispatch_queue_t requestQueue = dispatch_create_serial_queue_for_name("kRequestCompletionQueue");
requestOperationManager.completionQueue = requestQueue;

AFSecurityPolicy * securityPolicy = [AFSecurityPolicy policyWithPinningMode:AFSSLPinningModeCertificate];

//allowInvalidCertificates 是否允许无效证书（也就是自建的证书），默认为NO
//如果是需要验证自建证书，需要设置为YES
securityPolicy.allowInvalidCertificates = YES;

//validatesDomainName 是否需要验证域名，默认为YES；
//假如证书的域名与你请求的域名不一致，需把该项设置为NO
//主要用于这种情况：客户端请求的是子域名，而证书上的是另外一个域名。因为SSL证书上的域名是独立的，假如证书上注册的域名是www.google.com，那么mail.google.com是无法验证通过的；当然，有钱可以注册通配符的域名*.google.com，但这个还是比较贵的。
securityPolicy.validatesDomainName = NO;

//validatesCertificateChain 是否验证整个证书链，默认为YES
//设置为YES，会将服务器返回的Trust Object上的证书链与本地导入的证书进行对比，这就意味着，假如你的证书链是这样的：
//GeoTrust Global CA 
//    Google Internet Authority G2
//        *.google.com
//那么，除了导入*.google.com之外，还需要导入证书链上所有的CA证书（GeoTrust Global CA, Google Internet Authority G2）；
//如是自建证书的时候，可以设置为YES，增强安全性；假如是信任的CA所签发的证书，则建议关闭该验证；
securityPolicy.validatesCertificateChain = NO;

requestOperationManager.securityPolicy = securityPolicy;

AFHTTPSessionManager与之基本一致,不再详述。


参考博文：

打造安全的App！iOS安全系列之 HTTPS

AFNetworking 2.0 实现自签名SSL的HTTPS网络连接

iOS实用技巧 - AFNetworking2安全的使用自签证书访问HTTPS