文章目录

  • 原理
  • 单向认证流程
  • 双向认证流程
  • 证书生成
  • 生成自签名根证书
  • 生成自签名服务器端证书
  • 生成自签名客户端证书
  • AFNetworking对于证书的校验机制


原理

双向认证，顾名思义，客户端和服务器端都需要验证对方的身份，在建立Https连接的过程中，握手的流程比单向认证多了几步。
单向认证的过程，客户端从服务器端下载服务器端公钥证书进行验证，然后建立安全通信通道。
双向通信流程，客户端除了需要从服务器端下载服务器的公钥证书进行验证外，还需要把客户端的公钥证书上传到服务器端给服务器端进行验证，等双方都认证通过了，才开始建立安全通信通道进行数据传输。

单向认证流程

单向认证流程中，服务器端保存着公钥证书和私钥两个文件，整个握手过程如下：

android 双向 证书 双向认证原理_objective-c

  1. 客户端发起建立HTTPS连接请求，将SSL协议版本的信息发送给服务器端；
  2. 服务器端将本机的公钥证书（server.crt）发送给客户端；
  3. 客户端读取公钥证书(server.crt)，取出了服务端公钥；
  4. 客户端生成一个随机数（密钥R），用刚才得到的服务器公钥去加密这个随机数形成密文，发送给服务端；
  5. 服务端用自己的私钥(server.key)去解密这个密文，得到了密钥R
  6. 服务端和客户端在后续通讯过程中就使用这个密钥R进行通信了。

双向认证流程

android 双向 证书 双向认证原理_android 双向 证书_02

  1. 客户端发起建立HTTPS连接请求，将SSL协议版本的信息发送给服务端；
  2. 服务器端将本机的公钥证书(server.crt)发送给客户端；
  3. 客户端读取公钥证书(server.crt)，取出了服务端公钥；
  4. 客户端将客户端公钥证书(client.crt)发送给服务器端；
  5. 服务器端解密客户端公钥证书，拿到客户端公钥；
  6. 客户端发送自己支持的加密方案给服务器端；
  7. 服务器端根据自己和客户端的能力，选择一个双方都能接受的加密方案，使用客户端的公钥加密后发送给客户端；
  8. 客户端使用自己的私钥解密加密方案，生成一个随机数R，使用服务器公钥加密后传给服务器端；
  9. 服务端用自己的私钥去解密这个密文，得到了密钥R
  10. 服务端和客户端在后续通讯过程中就使用这个密钥R进行通信了。

证书生成

从上一章内容中，我们可以总结出来，如果要把整个双向认证的流程跑通，最终需要五个证书文件：

服务器端公钥证书：server.crt
服务器端私钥文件：server.key
客户端公钥证书：client.crt
客户端私钥文件：client.key
客户端集成证书（包括公钥和私钥，用于浏览器访问场景）：client.p12
生成这一些列证书之前，我们需要先生成一个CA根证书，然后由这个CA根证书颁发服务器公钥证书和客户端公钥证书。

android 双向 证书 双向认证原理_https证书双向认证_03

我们可以全程使用openssl来生成一些列的自签名证书，自签名证书没有听过证书机构的认证，很多浏览器会认为不安全，但我们用来实验是足够的。需要在本机安装了openssl后才能继续本章的实验。

生成自签名根证书

（1）创建根证书私钥：
openssl genrsa -out root.key 1024

（2）创建根证书请求文件：
openssl req -new -out root.csr -key root.key
后续参数请自行填写，下面是一个例子：
Country Name (2 letter code) [XX]:cn
State or Province Name (full name) []:bj
Locality Name (eg, city) [Default City]:bj
Organization Name (eg, company) [Default Company Ltd]:alibaba
Organizational Unit Name (eg, section) []:test
Common Name (eg, your name or your servers hostname) []:www.yourdomain.com
Email Address []:a.alibaba.com
A challenge password []:
An optional company name []:

（3）创建根证书：
openssl x509 -req -in root.csr -out root.crt -signkey root.key -CAcreateserial -days 3650

在创建证书请求文件的时候需要注意三点，下面生成服务器请求文件和客户端请求文件均要注意这三点：

Common Name填写证书对应的服务域名；
所有字段的填写，根证书、服务器端证书、客户端证书需保持一致
最后的密码可以直接回车跳过。
经过上面三个命令行，我们最终可以得到一个签名有效期为10年的根证书root.crt，后面我们可以用这个根证书去颁发服务器证书和客户端证书。

生成自签名服务器端证书

（1）生成服务器端证书私钥：
openssl genrsa -out server.key 1024

（2） 生成服务器证书请求文件，过程和注意事项参考根证书，本节不详述：
openssl req -new -out server.csr -key server.key

（3） 生成服务器端公钥证书
openssl x509 -req -in server.csr -out server.crt -signkey server.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650

经过上面的三个命令，我们得到：

server.key：服务器端的秘钥文件
server.crt：有效期十年的服务器端公钥证书，使用根证书和服务器端私钥文件一起生成

生成自签名客户端证书

（1）生成客户端证书秘钥：
openssl genrsa -out client.key 1024

（2） 生成客户端证书请求文件，过程和注意事项参考根证书，本节不详述：
openssl req -new -out client.csr -key client.key

（3） 生客户端证书
openssl x509 -req -in client.csr -out client.crt -signkey client.key -CA root.crt -CAkey root.key -CAcreateserial -days 3650

（3） 生客户端p12格式证书
openssl pkcs12 -export -clcerts -in client.crt -inkey client.key -out client.p12

经过上面的三个命令，我们得到：

client.key：客户端的私钥文件
client.crt：有效期十年的客户端证书，使用根证书和客户端私钥一起生成
client.p12：客户端p12格式，这个证书文件包含客户端的公钥和私钥，主要用来给浏览器访问使用

AFNetworking对于证书的校验机制

AFNetworking解耦后可以分为以下几个模块：

  1. NSURLSession：主要的一个基于NSURLSession的管理模块；
  2. Reachability：网络监测模块；
  3. Security：Https验证模块；
  4. Serialization：序列化模块，包含了请求和响应的序列化；
  5. UIKit：包含了一些UI的扩展，方便调用。

AFNetworking关于https证书校验的逻辑，主要在源代码AFSecurityPolicy中实现。

AFNetworking提供了三个不同的认证模式，分别是：

typedef NS_ENUM(NSUInteger, AFSSLPinningMode) {
    AFSSLPinningModeNone,
    AFSSLPinningModePublicKey,
    AFSSLPinningModeCertificate,
};
  • AFSSLPinningModeNone

代表无条件信任服务器的证书，这个模式表示不做SSL pinning，只跟浏览器一样在系统的信任机构列表里验证服务端返回的证书。若证书是信任机构签发的就会通过，若是自己服务器生成的证书，这里是不会通过的。

核心校验相关代码

NSMutableArray *policies = [NSMutableArray array];
    if (self.validatesDomainName) {
        [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateSSL(true, (__bridge CFStringRef)domain)];
    } else {
        [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateBasicX509()];
    }
    SecTrustSetPolicies(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)policies);
    if (self.SSLPinningMode == AFSSLPinningModeNone) 
    {
        return self.allowInvalidCertificates || AFServerTrustIsValid(serverTrust)
    }

核心代码主要是：

SecTrustSetPolicies(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)policies);//设置校验的参考依据
AFServerTrustIsValid(serverTrust); //系统API，基于上述的参考依据，得到证书的最终校验结果。

  • AFSSLPinningModePublicKey模式。

代表会对服务器返回的证书中的PublicKey进行验证，客户端要有服务端的证书拷贝，验证时只验证证书里的公钥，不验证证书的有效期等信息。只要公钥是正确的，就能保证通信不会被窃听，因为中间人没有私钥，无法解开通过公钥加密的数据。

1.客户端本地内置证书白名单。获取访问域名证书链上的每一级证书的公钥 校验公钥是否正确。
核心代码：

//只验证公钥
 NSUInteger trustedPublicKeyCount = 0;
  // 从serverTrust中取出服务器端传过来的所有可用的证书，并依次得到相应的公钥
 NSArray *publicKeys = AFPublicKeyTrustChainForServerTrust(serverTrust);
 //遍历服务端公钥
  for (id trustChainPublicKey in publicKeys) 
  {
   for (id pinnedPublicKey in self.pinnedPublicKeys) 
   {
    if (AFSecKeyIsEqualToKey((__bridge SecKeyRef)trustChainPublicKey, (__bridge SecKeyRef)pinnedPublicKey))
     {
     //判断如果相同 trustedPublicKeyCount+1
           trustedPublicKeyCount += 1;
      }
     }
 }
  return trustedPublicKeyCount > 0;
  • AFSSLPinningModeCertificate模式。

代表会对服务器返回的证书同本地证书全部进行校验，需要客户端保存有服务端的证书拷贝，这里验证分两步，第一步验证证书的域名/有效期等信息，第二步是对比服务端返回的证书跟客户端返回的是否一致。

1.获取https证书链上的每一级证书，将各个 证书都作为校验的参考依据。（简单说就是会校验整个证书链）

核心代码：

//全部校验（nsbundle .cer）
  NSMutableArray *pinnedCertificates = [NSMutableArray array];
//把证书data，用系统api转成 SecCertificateRef 类型的数据,SecCertificateCreateWithData函数对原先的pinnedCertificates做一些处理，保证返回的证书都是DER编码的X.509证书
for (NSData *certificateData in self.pinnedCertificates) {
    [pinnedCertificates addObject:(__bridge_transfer id)SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificateData)];
}
// 将pinnedCertificates设置成需要参与验证的Anchor Certificate（锚点证书，通过SecTrustSetAnchorCertificates设置了参与校验锚点证书之后，假如验证的数字证书是这个锚点证书的子节点，即验证的数字证书是由锚点证书对应CA或子CA签发的，或是该证书本身，则信任该证书），具体就是调用SecTrustEvaluate来验证
            //serverTrust是服务器来的验证，有需要被验证的证书
            // 把本地证书设置为根证书，
 SecTrustSetAnchorCertificates(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)pinnedCertificates);
//再去验证证书
  if (!AFServerTrustIsValid(serverTrust)) 
  {
   return NO;
  }
 //注意，这个方法和我们之前的锚点证书没关系了，是去从我们需要被验证的服务端证书，去拿证书链。
 // 服务器端的证书链，注意此处返回的证书链顺序是从叶节点到根节点
  // 所有服务器返回的证书信息
   NSArray *serverCertificates = AFCertificateTrustChainForServerTrust(serverTrust);
  for (NSData *trustChainCertificate in [serverCertificates reverseObjectEnumerator]) 
  {
  //如果我们的证书中，有一个和它证书链中的证书匹配的，就返回YES
  // 是否本地包含相同的data
  if ([self.pinnedCertificates containsObject:trustChainCertificate]) 
  {
  return YES;
   }
   }
   return NO;

SecTrustSetAnchorCertificates(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)pinnedCertificates); //增加了新的校验维度，客户端本地证书白名单

2.要求客户端本地的内置证书白名单里至少包含一个证书链里的证书。

NSArray *serverCertificates = AFCertificateTrustChainForServerTrust(serverTrust);            
  
            NSUInteger trustedCertificateCount = 0;
            for (NSData *trustChainCertificate in serverCertificates) {
                if ([self.pinnedCertificates containsObject:trustChainCertificate]) {
                    trustedCertificateCount++;
                }
            }
            return trustedCertificateCount > 0;

NSArray *serverCertificates = AFCertificateTrustChainForServerTrust(serverTrust); //得到访问域名的证书链上的各个证书信息

AFSSLPinningModeCertificate对应的则是证书锁定

AFSSLPinningModeCertificate缺点

客户端内置证书有有效期，证书有效期过后，需要强制升级客户端
发行APP比较麻烦，每次证书需要打包在APP中，服务器证书到期后则要重新内置证书后打包发行