AFSecurityPolicy 验证请求

2017-09-12 本文已影响898人林大鹏

主要参考:
IOS-32-AFNetworking中与安全相关的AFSecurityPolicy模块详解
 验证 HTTPS 请求的证书

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。

概念讲解

1. HTTPS

HTTPS连接建立过程大致是，客户端和服务端建立一个连接，服务端返回一个证书，客户端里存有各个受信任的证书机构根证书，用这些根证书对服务端返回的证书进行验证，经验证如果证书是可信任的，就生成一个pre-master secret，用这个证书的公钥加密后发送给服务端，服务端用私钥解密后得到pre-master secret，再根据某种算法生成master secret，客户端也同样根据这种算法从pre-master secret生成master secret，随后双方的通信都用这个master secret对传输数据进行加密解密。
以上是简单过程，中间还有很多细节，详细过程和原理已经有很多文章阐述得很好，就不再复述，推荐一些相关文章：
关于非对称加密算法的原理：
RSA算法原理一
 RSA算法原理二
 关于整个流程：HTTPS那些事一
 关于整个流程：HTTPS那些事二
 关于整个流程：HTTPS那些事三
 关于数字证书：浅析数字证书

2.证书是怎样验证的？怎样保证中间人不能伪造证书?

首先要知道非对称加密算法的特点，非对称加密有一对公钥私钥，用公钥加密的数据只能通过对应的私钥解密，用私钥加密的数据只能通过对应的公钥解密。

我们来看最简单的情况：一个证书颁发机构(CA)，颁发了一个证书A，服务器用这个证书建立https连接。客户端在信任列表里有这个CA机构的根证书。

首先CA机构颁发的证书A里包含有证书内容F，以及证书加密内容F1，加密内容F1就是用这个证书机构的私钥对内容F加密的结果。（这中间还有一次hash算法，略过。）

建立https连接时，服务端返回证书A给客户端，客户端的系统里的CA机构根证书有这个CA机构的公钥，用这个公钥对证书A的加密内容F1解密得到F2，跟证书A里内容F对比，若相等就通过验证。整个流程大致是：F->CA私钥加密->F1->客户端CA公钥解密->F。因为中间人不会有CA机构的私钥，客户端无法通过CA公钥解密，所以伪造的证书肯定无法通过验证。

3.什么是SSL Pinning?

可以理解为证书绑定，是指客户端直接保存服务端的证书，建立https连接时直接对比服务端返回的和客户端保存的两个证书是否一样，一样就表明证书是真的，不再去系统的信任证书机构里寻找验证。这适用于非浏览器应用，因为浏览器跟很多未知服务端打交道，无法把每个服务端的证书都保存到本地，但CS架构的像手机APP事先已经知道要进行通信的服务端，可以直接在客户端保存这个服务端的证书用于校验。

为什么直接对比就能保证证书没问题？如果中间人从客户端取出证书，再伪装成服务端跟其他客户端通信，它发送给客户端的这个证书不就能通过验证吗？确实可以通过验证，但后续的流程走不下去，因为下一步客户端会用证书里的公钥加密，中间人没有这个证书的私钥就解不出内容，也就截获不到数据，这个证书的私钥只有真正的服务端有，中间人伪造证书主要伪造的是公钥。

为什么要用SSL Pinning？正常的验证方式不够吗？如果服务端的证书是从受信任的的CA机构颁发的，验证是没问题的，但CA机构颁发证书比较昂贵，小企业或个人用户可能会选择自己颁发证书，这样就无法通过系统受信任的CA机构列表验证这个证书的真伪了，所以需要SSL Pinning这样的方式去验证。

4. AFSecurityPolicy

NSURLConnection已经封装了https连接的建立、数据的加密解密功能，我们直接使用NSURLConnection是可以访问https网站的，但NSURLConnection并没有验证证书是否合法，无法避免中间人攻击。要做到真正安全通讯，需要我们手动去验证服务端返回的证书，AFSecurityPolicy封装了证书验证的过程，让用户可以轻易使用，除了去系统信任CA机构列表验证，还支持SSL Pinning方式的验证。使用方法：

//把服务端证书(需要转换成cer格式)放到APP项目资源里，AFSecurityPolicy会自动寻找根目录下所有cer文件

AFSecurityPolicy *securityPolicy = [AFSecurityPolicy policyWithPinningMode:AFSSLPinningModePublicKey];

securityPolicy.allowInvalidCertificates = YES;

[AFHTTPRequestOperationManager manager].securityPolicy = securityPolicy;

[manager GET:@"[https://example.com/](https://example.com/)"parameters:nil success:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id responseObject) {

} failure:^(AFHTTPRequestOperation *operation, NSError *error) {

}];

一. 属性介绍

1. AFSSLPinningMode

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

AFSSLPinningModeNone
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。
AFSSLPinningModeCertificate
这个模式表示用证书绑定方式验证证书，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。
这里还没弄明白第一步的验证是怎么进行的，代码上跟去系统信任机构列表里验证一样调用了SecTrustEvaluate，只是这里的列表换成了客户端保存的那些证书列表。
AFSSLPinningModePublicKey
这个模式同样是用证书绑定方式验证，客户端要有服务端的证书拷贝，只是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。

2. allowInvalidCertificates
allowInvalidCertificates 定义了客户端是否信任非法证书。一般来说，每个版本的iOS 设备中，都会包含一些既有的CA根证书。如果接收到的证书是iOS信任的CA根证书签名的，那么则为合法证书，否则为非法证书。
allowInvalidCertificates 就是用来确认是否信任这样的证书的。

3. pinnedCertificates
pinnedCertificates 就是用来校验服务器返回证书的证书。通常都保存在mainBundle下。通常默认情况下，AFNetworking会自动寻找在mainBundle的根目录下所有.cer文件并保存在pinnedCertificates数组里，以校验服务器返回来的证书。

4. validatesDomainName
validatesDomainName 是指是否校验在证书中的domain这一个字段。每个证书都会包含一个DomainName,它可以是一个IP地址，一个域名或者一端代用通配符的域名。如*.google.com, www.google.com都可以成为这个证书的DomainName。设置validatesDomainName为YES将严格地保证其安全性。

5.validatesCertificateChain
validatesCertificateChain 是否校验器证书链。
通常来讲，一个CA证书颁发机构有很多子机构，用来签发不同用途的子证书，然后这些子证书又再用来签发相应的证书，只有证书链上的证书都是正确，CertificateChain 才算验证完成。以 Google 为例:

image.png

从图中可以看出，Google.com的证书的根CA证书是GeoTrust Global CA，而GeoTrust Global CA并没有直接给google.com签证书，而是先签名了Google Internet Authority G2, 然后G2再签名了google.com。这时候就需要设备中保存有Google Internet Authority G2证书才能通过校验。

一般将validatesCertificateChain设置为NO，因为并不是太有必要做CertificateChain的校验。

二. 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;
}

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。

三. 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，接下来分析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;
}

初始化临时变量

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

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

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。

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。

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。

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

四. 验证服务端是否受信

验证服务端是否受信是通过- [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;
}

不能隐式的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

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

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

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;

a. 从 self.pinnedCertificates 中获取 DER 表示的数据
b. 使用 SecTrustSetAnchorCertificates为服务器信任设置证书
c. 判断服务器信任的有效性
d. 使用 AFCertificateTrustChainForServerTrust 获取服务器信任中的全部 DER 表示的证书
f. 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

会从服务器信任中获取公钥
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

五. 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。

六. 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。

AFSecurityPolicy 验证请求

概念讲解

一. 属性介绍

二. 初始化以及设置

三. 操作 SecTrustRef

四. 验证服务端是否受信

五. 与 AFURLSessionManager 协作

六. 小结

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