Android Https的安全使用

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一.Https介绍

HTTP协议是没有加密的明文传输协议，如果APP采用HTTP传输数据，则会泄露传输内容，可能被中间人劫持，修改传输的内容。

HTTPS是HTTP over SSL，HTTP是应用层协议，TCP是传输层协议，在应用层和传输层之间，增加了一个安全套接层SSL。安全套接字层 (SSL)现在技术上称为传输层安全协议(TLS)。 SSL/TLS层负责客户端和服务器之间的加解密算法协商、**交换、通信连接的建立。

在典型的 HTTPS 使用场景中，会使用一个包含公钥及与其匹配的私钥的证书配置服务器。作为 SSL 客户端与服务器握手的一部分，服务器将通过使用公钥加密签署其证书来证明自己具有私钥。

不过，任何人都可以生成他们自己的证书和私钥，因此，一个简单的握手只能说明服务器知道与证书公钥匹配的私钥，除此之外什么都证明不了。解决此问题的一个方法是让客户端拥有其信任的一个或多个证书集。如果证书不在此集合中，则不会信任服务器。

但这个简单的方法有几个缺点。服务器应能够随时间的推移升级到更强的**（“**旋转”），使用新的公钥替换证书中的公钥。遗憾的是，客户端应用现在必须根据服务器配置发生的变化进行更新。如果服务器不在应用开发者的控制下（例如，如果服务器是一个第三方网络服务），则很容易出现问题。如果应用必须与网络浏览器或电子邮件应用等任意服务器通信，那么，此方法也会带来问题。

为弥补这些缺点，通常使用来自知名颁发者（证书颁发机构(CA)）发放的证书配置服务器。主机平台一般包含其信任的知名 CA 的列表。从 Android 4.2 开始，Android 目前包含在每个版本中更新的 100 多个 CA。CA 具有一个证书和一个私钥，这点与服务器相似。为服务器发放证书时，CA 使用其私钥签署服务器证书。然后，客户端可以验证该服务器是否具有平台已知的 CA 发放的证书。

不过，在解决一些问题的同时，使用 CA 也会引发其他问题。因为 CA 为许多服务器发放证书，因此，您仍需要某种方式来确保您与您需要的服务器通信。为解决这个问题，CA 发放的证书通过类似 gmail.com 等具体名称或 *.google.com 等通配型主机集识别服务器。

以下示例会让这些概念更具体。下面的代码段来自命令行，openssl 工具的 s_client 命令将查看维基百科( Wikipedia) 的服务器证书信息。它指定端口 443，因为此端口是 HTTPS的默认端口。此命令将 openssl s_client 的输出发送到 openssl x509，后者将根据 X.509 标准格式化与证书有关的信息。具体而言，此命令获取subject和issuer信息，分别包含服务器名称信息和可认证 CA 的颁发结构。如下：

$ openssl s_client -connect wikipedia.org:443 | openssl x509 -noout -subject -issuer
subject= /serialNumber=sOrr2rKpMVP70Z6E9BT5reY008SJEdYv/C=US/O=*.wikipedia.org/OU=GT03314600/OU=See www.rapidssl.com/resources/cps (c)11/OU=Domain Control Validated - RapidSSL(R)/CN=*.wikipedia.org
issuer= /C=US/O=GeoTrust, Inc./CN=RapidSSL CA

你会看到证书是由 RapidSSL CA 为与 *.wikipedia.org 匹配的服务器发放的。

HTTPS通信所用到的证书由CA提供，需要在服务器中进行相应的设置才能生效。另外在我们的客户端设备中，只要访问的HTTPS的网站所用的证书是知名CA根证书签发的，如果这些CA又在浏览器或者操作系统的根信任列表中，就可以直接访问。而如 http://12306.cn 网站，它的证书是非可信CA提供的，是自己签发的，所以在用谷歌浏览器打开时，会提示“您的连接不是私密连接”，证书是非可信CA颁发的：

所以在 http://12306.cn 的网站首页会提示“ 为保障您顺畅购票，请下载安装根证书 ”，操作系统安装后，就不会再有上图的提示了。

二. Https使用

1. 访问知名CA发放证书的Https服务器

URL url = new URL("https://wikipedia.org");
URLConnection urlConnection = url.openConnection();
InputStream in = urlConnection.getInputStream();
copyInputStreamToOutputStream(in, System.out);

假设要访问一个由知名 CA 发放证书的网络服务器，那么，可以使用上述简单代码发起安全的请求，因为Android平台已经包含了该CA。

而使用私有CA签发的证书的服务器使用上述方式就无法访问。

2.访问使用未知CA或私有CA签发证书的服务器

如果要使用私有CA或未知CA签发的证书，因为Android系统还不信任该CA的证书，会出现异常javax.net.ssl.SSLHandshakeException: java.security.cert.CertPathValidatorException: Trust anchor for certification path not found。

对服务器证书进行校验必须重写校验证书链TrustManager中的方法 checkServerTrusted() 。

    private void requestFromServer(final Context context, String https_url) throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException, IOException {
        TrustManager[] trustAllCerts = new TrustManager[]{
new X509TrustManager() {
@Override
                    public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {

                    }

@Override
                    public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {
//校验服务器证书
                        if (chain == null) {
throw new IllegalArgumentException("Check Server X509Certificates is null");
                        }

if (chain.length < 0) {
throw new IllegalArgumentException("Check Server X509Certificates is empty");
                        }

for (X509Certificate cert : chain) {
                            cert.checkValidity();

                            try {
                                String certName = "abc.crt"; //一般将下载的证书放到项目中的assets目录下
                                InputStream certInput = new BufferedInputStream(context.getAssets().open(certName));
                                CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
                                X509Certificate serverCert = (X509Certificate) certificateFactory.generateCertificate(certInput);

                                cert.verify(serverCert.getPublicKey());
                            } catch (IOException e) {
                                e.printStackTrace();
                            } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
                                e.printStackTrace();
                            } catch (InvalidKeyException e) {
                                e.printStackTrace();
                            } catch (NoSuchProviderException e) {
                                e.printStackTrace();
                            } catch (SignatureException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }

@Override
                    public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
return new X509Certificate[0];
                    }
                }
        };


        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        sslContext.init(null, trustAllCerts, null);

        HostnameVerifier hostnameVerifier = new HostnameVerifier() {
@Override
            public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
//校验服务器证书的域名是否相符（若不校验服务器证书域名则直接return true）
                HostnameVerifier hv = HttpsURLConnection.getDefaultHostnameVerifier();
                Boolean result = hv.verify("*.xxx.com", session);
                return result;
            }
        };

        URL url = new URL(https_url);
        HttpsURLConnection httpsURLConnection = (HttpsURLConnection) url.openConnection();
        httpsURLConnection.setSSLSocketFactory(sslContext.getSocketFactory());
        httpsURLConnection.setHostnameVerifier(hostnameVerifier);
//        httpsURLConnection.setHostnameVerifier(SSLSocketFactory.ALLOW_ALL_HOSTNAME_VERIFIER); //信任所有主机（注意：此处SSLSocketFactory与sslContext.getSocketFactory()返回的是不同的类）

        InputStream in = httpsURLConnection.getInputStream();

        //网络返回的数据处理...

    }

另一种实现方式

通过保存在assets路径下的证书文件获取特定的证书，用该 CA 创建 KeyStore ，然后用后者创建和初始化 TrustManager 。 TrustManager 是系统用于从服务器验证证书的工具，可以使用一个或多个 CA 从 KeyStore 创建，而创建的 TrustManager 将仅信任这些 CA。如果是新的 TrustManager ，此示例将初始化一个新的 SSLContext ，后者可以提供一个 SSLSocketFactory ，您可以通过 HttpsURLConnection 用它来替换默认的 SSLSocketFactory 。这样一来，网络请求时将使用您的 CA 验证证书，系统能够验证您的服务器证书是否来自值得信任的颁发者。

 /**
 * 获取校验服务器端证书的SocketFactory
 *
 * @param context
 * @param certName 保存在assets路径下的服务器端证书文件名，如abc.crt
 * @return
 */
 public static javax.net.ssl.SSLSocketFactory getSocketFactory(Context context, String certName) throws IOException, CertificateException,
            KeyStoreException, NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException {
        InputStream certInput = new BufferedInputStream(context.getAssets().open(certName));

        //以X.509格式获取证书
        CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
        Certificate cert = certificateFactory.generateCertificate(certInput);

        //生成一个包含服务器端证书的KeyStore
        String keyStoreType = KeyStore.getDefaultType();
        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(keyStoreType);
        keyStore.load(null, null);
        keyStore.setCertificateEntry("cert", cert);

        //用包含服务器端证书的KeyStore生成一个TrustManager
        String tmfAlgorithm = TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm();
        TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance(tmfAlgorithm);
        trustManagerFactory.init(keyStore);

        //生成一个使用我们TrustManager的SSLContext
        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        sslContext.init(null, trustManagerFactory.getTrustManagers(), null);

        return sslContext.getSocketFactory();
    }

public static void test(final Context context) {
new Thread() {
@Override
            public void run() {
super.run();
                String https_url = "https://www.xxx.com";
                try {
                    URL url = new URL(https_url);
                    HttpsURLConnection httpsURLConnection = (HttpsURLConnection) url.openConnection();
                    httpsURLConnection.setSSLSocketFactory(getSocketFactory(context, "abc.cer"));

                    InputStream in = httpsURLConnection.getInputStream();

                    ...
                    
                } catch (MalformedURLException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (CertificateException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (KeyStoreException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (KeyManagementException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();
    }

3.使用OKHttp访问https服务器

private void requestFromServer(final Context context, String https_url) throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException, IOException {
        X509TrustManager[] trustAllCerts = new X509TrustManager[]{
new X509TrustManager() {
@Override
                    public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {

                        //不校验客户端证书

}

@Override
public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {
//不校验服务器证书
}

@Override
public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
return new X509Certificate[0];
}
}
};

SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
sslContext.init(null, trustAllCerts, null);

HostnameVerifier hostnameVerifier = new HostnameVerifier() {
@Override
public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
//不校验服务器证书的域名
return true;
}
};

OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient.Builder().hostnameVerifier(hostnameVerifier)
.sslSocketFactory(sslContext.getSocketFactory(), trustAllCerts[0]).build();

Request request = new Request.Builder().url(https_url).build();

Call call = okHttpClient.newCall(request);
call.enqueue(new Callback() {
@Override
public void onFailure(Call call, IOException e) {

}

@Override
public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {

}
});

}

上述方法中未校验服务器证书和域名，可以参考前面的方法进行具体校验。

4.WebView访问https服务器

webview加载H5页面，在webView.setWebViewClient(webviewClient)时重载WebViewClient的onReceivedSslError()，如果出现证书错误会回调该方法，在其中直接调用handler.proceed()会忽略错误继续加载证书有问题的页面，如果调用handler.cancel()可以终止加载证书有问题的页面，证书出现问题了，可以提示用户风险，让用户选择加载与否。

    public class MyWebViewClient extends WebViewClient {

        ...

@Override
        public void onReceivedSslError(WebView view, SslErrorHandler handler, SslError error) {
            handler.proceed();
        }
    }

参考

[1] https://developer.android.google.cn/training/articles/security-ssl.html?hl=zh-cn#Concepts

[2] https://developer.android.google.cn/training/articles/security-ssl.html

[3] https://zhuanlan.zhihu.com/p/22816331

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