【干货分享】通信安全:IOS客户端证书校验方法

随着移动互联网的发展,互联网应用也在与日俱增,传统的金融行业,如银行的手机银行业务,现在热门的互联网金融企业,其移动应用都在不断的更新,同时,移动客户端的安全性也受到了前所未有的威胁,如盗版app,SQL注入,任意用户密码重置等漏洞,但这些漏洞的进一步利用很多情况下都依赖于中间人攻击,也就是客户端与服务端进行通信时未采用安全的https方式进行通信,而是采用不安全的http方式进行通信。本文就https基于SSL安全传输中相关问题进行了探索研究,以便在以后的客户端安全测试当中有一定的帮助。

由于移动互联网发展起始时间比较晚,开发人员也是近几年才发展起来,所以对于技术的水平也参差不齐。很多开发人员在开发初期都进行了比较安全的设计,但是在实现的时候没有很好的发挥其功能,特别是威胁比较大的SSL证书校验。有报道称,在2013年抽样对国内的手机银行客户端进行了SSL证书的安全测试,发现90%的客户端都没有很好的发挥了SSL证书校验的功能。

本文就当前IOS客户端SSL证书校验存在的问题做了阐述和分析,以帮助安全工程服务人员更好的测试ssl证书的安全性。

HTTPS 通信原理

说到HTTPS通信,首先要说明一下HTTPS的通信原理。HTTPS是基于安全目的的Http通道,其安全基础由SSL层来保证。最初由netscape公司研发,主要提供了通讯双方的身份认证和加密通信方法。现在广泛应用于互联网上安全敏感通讯。

下面为IOS移动客户端其通信过程和证书校验过程可以用如下图过程展示:

第1步:IOS客户端发送一个连接请求给服务器;服务器将自己的证书(包含服务器公钥S_PuKey)、对称加密算法种类及其他相关信息返回客户端。

第2步:客户端检查服务器传送到CA证书是否由自己信赖的CA中心签发。若是,执行4步;否则,给客户提示连接错误或者拒绝连接。

第3步:客户端比较证书里的信息,如证书有效期、服务器域名和公钥S_PK,与服务器传回的信息是否一致,如果一致,则浏览器完成对服务器的身份认证。

第4步:服务器要求客户端发送客户端证书(包含客户端公钥C_PuKey)、支持的对称加密方案及其他相关信息。收到后,服务器进行相同的身份认证,若没有通过验证,则拒绝连接;

第5步:服务器根据客户端发送到密码种类,选择一种加密程度最高的方案,用客户端公钥C_PuKey加密后通知到客户端。

第6步:客户端通过私钥C_PrKey解密后,得知服务器选择的加密方案,并选择一个通话密钥key,接着用服务器公钥S_PuKey加密后发送给服务器;

第7步:服务器接收到客户端传送到消息,用私钥S_PrKey解密,获得通话密钥key。

第8步:接下来的数据传输都使用该对称密钥key进行加密。

由上述过程可以看到,要达到ssl安全通信,服务端和客户端都必有含有有效公私钥证书。

IOS客户端证书校验方式

针对当前的市面上的IOS客户端,大多数客户端都采用http的方式进行通信。http通信方式是一种不安全的应用层通信方式,极易遭到中间人攻击。目前市面上的移动app主要有http方式和https方式进行通信,这里不再讨论http通信的优缺点,只讨论https通信方式上遇到的问题和安全加固建议。

1.无SSL证书校验

缺陷描述:

无ssl证书校验是指虽然客户端与服务端的通信采用https加密通讯,但对ssl证书信任无任何校验,SSL证书形同虚设,无论服务器提供哪一种SSL证书指纹信息,客户端与服务端都可以正常通信,目前市场上80%的APP都没有很好的发挥SSL证书校验功能,甚至很大一部分APP都直接采用没有任何安全校验的http方式,这种客户端很明显的缺陷就是可以对app进行中间人攻击。

缺陷分析:

无证书校验最简单的黑河测试方式是对IOS设备做代理测试(IOS此时未越狱/不进行任何安装证书操作),当我们能抓取到https通信内容时,则证明此app与服务端间的通信未对ssl证书进行校验或者此app直接走http协议进行通信,如下图所示:

查看客户端代码,发现对ssl证书的校验没有开启:

#define SERVER_PATH @”pmobile”

//*配置服务端是否为SSL

#if defined (MODEL_RELEASE)

#define SERVER_SSL YES

#elif defined (MODEL_QUASIPRODUCTION)

#define SERVER_SSL YES

#else

#define SERVER_SSL NO

#endif

//#define SERVER_CHECKSSL YES//校验ssl证书

#define SERVER_CHECKSSL NO //不校验ssl证书

//省略部分代码

NSMutableString *urlString = [NSMutableString stringWithFormat:@”%@://%@”, useSSL ? @”https” : @”http”, self.hostName];

if(self.portNumber != 0)

[urlString appendFormat:@”:%d”, self.portNumber];

if(self.apiPath)

[urlString appendFormat:@”/%@”, self.apiPath];

if(![path isEqualToString:@”/”]) { // fetch for root?

if(path.length > 0 && [path characterAtIndex:0] == ‘/’) // if user passes /, don’t prefix a slash

[urlString appendFormat:@”%@”, path];

else if (path != nil)

[urlString appendFormat:@”/%@”, path];

}

return [self operationWithURLString:urlString params:body httpMethod:method];

}

//省略部分代码

NSMutableDictionary *webInfo = [[NSMutableDictionary alloc]initWithObjectsAndKeys:

[NSString stringWithFormat:@”%ld”,(long)completedOperation.HTTPStatusCode],@”httpStatus”,

completedOperation.responseString,@”WebData”,

nil];

onSuccessBlock([completedOp

以上代码可以说明客户端并没有对ssl证书做信任校验。

安全改进:

根据OWASP官方给出的对于IOS客户端,可以通过以下代码实现SSL证书信任操作:

-(IBAction)fetchButtonTapped:(id)sender

{

[m_fetchedLabel setText:@””];

NSString* requestString = @”https://www.random.org/integers/?

num=16&min=0&max=255&col=16&base=16&format=plain&rnd=new”;

NSURL* requestUrl = [NSURL URLWithString:requestString];

ASSERT(nil!= requestUrl);

if(!(nil!= requestUrl))

{

[self displayError:@”Failed to create requestString.”];

return;

}

NSURLRequest* request = [NSURLRequest requestWithURL:requestUrl

cachePolicy:NSURLRequestReloadIgnoringLocalCacheData

timeoutInterval:10.0f];

ASSERT(nil!= request);

if(!(nil!= request))

{

[self displayError:@”Failed to create request.”];

return;

}

// Note that the delegate for the NSURLConnection is self, so delegate methods must be defined in this

file

NSURLConnection* connection = [[NSURLConnection alloc] initWithRequest:request delegate:self];

ASSERT(nil!= connection);

if(!(nil!= connection))

{

[self displayError:@”Failed to create connection.”];

return;

}

self.m_fetchedData = [[NSMutableString string] retain];

ASSERT(nil!= m_fetchedData);

}

-(BOOL)connection:(NSURLConnection*)connection canAuthenticateAgainstProtectionSpace:(NSURLProtectionSpace

*)space

{

return [[space authenticationMethod] isEqualToString: NSURLAuthenticationMethodServerTrust];

}

– (void)connection:(NSURLConnection*)connection didReceiveAuthenticationChallenge:

(NSURLAuthenticationChallenge*)challenge

{

if ([[[challenge protectionSpace] authenticationMethod] isEqualToString:

NSURLAuthenticationMethodServerTrust])

{

do

{

SecTrustRef serverTrust= [[challenge protectionSpace] serverTrust];

ASSERT(nil!= serverTrust);

if(!(nil!= serverTrust)) break; /* failed */

OSStatus status= SecTrustEvaluate(serverTrust, NULL);

ASSERT(errSecSuccess== status);

if(!(errSecSuccess== status)) break; /* failed */

SecCertificateRef serverCertificate= SecTrustGetCertificateAtIndex(serverTrust, 0);

ASSERT(nil!= serverTrust);

if(!(nil!= serverTrust)) break; /* failed */

CFDataRef serverCertificateData= SecCertificateCopyData(serverCertificate);

ASSERT(nil!= serverCertificateData);

if(!(nil!= serverCertificateData)) break; /* failed */

[(id)serverCertificateData autorelease];

const UInt8* const data= CFDataGetBytePtr(serverCertificateData);

const CFIndex size= CFDataGetLength(serverCertificateData);

ASSERT(nil!= data);

ASSERT(size> 0);

if(!(nil!= data)|| !(size> 0)) break; /* failed */

// (lldb) p data

// (const UInt8 *) $0 = 0x1d8d3820

// (lldb) p size

// (CFIndex) $1 = 1772

// (lldb) po serverCertificateData

// $2 = 0x1d8d3800 <308206e8 308205d0 a0030201 02021074 b805ae19

// e5ad4bed 4c3a20e6af02c930 0d06092a 864886f7 0d010105 05003081 … >

NSData* cert1= [NSData dataWithBytes:data length:(NSUInteger)size];

ASSERT(nil!= cert1);

if(!(nil!= cert1)) break; /* failed */

NSString*file= [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@”random-org” ofType:@”der”];

ASSERT(nil!= file);

if(!(nil!= file)) break; /* failed */

NSData* cert2= [NSData dataWithContentsOfFile:file];

ASSERT(nil!= cert2);

if(!(nil!= cert2)) break; /* failed */

const BOOL equal= [cert1 isEqualToData:cert2];

ASSERT(NO!= equal);

if(!(NO!= equal)) break; /* failed */

// The only good exit point

return [[challenge sender] useCredential: [NSURLCredential credentialForTrust: serverTrust]

forAuthenticationChallenge: challenge];

} while (0);

}

// Bad dog

return [[challenge sender] cancelAuthenticationChallenge: challenge];

2.单向SSL证书校验

缺陷描述:

如果客户端代码实现了ssl证书的校验,但目前大多数的IOS客户端都采用ssl单向校验的方式,此种单向校验ssl证书可以通过安装证书的方式成功截获到数据包,安装的证书是代理服务器提供的证书,如下所示,可以通过安装ssl证书的方式绕过客户端ssl单向证书校验:

首先安装代理工具的CA证书,这里我以burpsuit作为例子:

发现依然可以截获到https的数据包:

缺陷分析:

对于此类的客户端,有效的保障了客户端与服务端间的通信中间人攻击,抓取到数据包的前提是首先要在用户的手机上安装代理服务器SSL指纹信息,所以如果要进行中间人攻击,难度明显增加了很多。但依然可能存在风险,例如攻击者通过自己的手机登录用户的手机银行或者其他APP,然后再自己手机上面安装SSL指纹证书信息,可以成功对其进行中间人攻击,如:修改交易信息,获取客户端与服务端间的通信内容,截取用户私有敏感信息。

安全改进:

针对SSL证书的单向校验性,我们依然可以有方法防止攻击者利用代理服务器做中间人攻击,比如:将服务器SSL指纹信息获取到客户端,然后每一次建立通信前都必须要校验服务器SSL指纹信息是否和自己保存的信息一致,如果一直则建议正常通信,如果不一致,则抛出通信异常的错误,具体代码实现如下:

获取服务器指纹信息:

指纹校验:

但此种由客户端控制证书信任的机制依然可以通过对客户端IOS客户端的校验过程做篡改,例如将指纹校验关闭,这样就绕过了客户端对服务端的SSL指纹证书的校验。

3.双向SSL证书校验

缺陷描述:

SSL证书双向校验即不仅客户端需要校验服务端的SSL证书指纹,还需要服务端校验客户端的指纹信息,双向校验证书不仅可以保证服务器的证书可信,还可以保证客户端的证书可信,是目前市场上比较安全有效的一种https通信方式。

实现原理:

具体实现代码如下:

– (void)testClientCertificate {

SecIdentityRef identity = NULL;

SecTrustRef trust = NULL;

NSString *p12 = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@”testClient” ofType:@”p12″];

NSData *PKCS12Data = [NSData dataWithContentsOfFile:p12];

[[self class] extractIdentity:&identity andTrust:&trust fromPKCS12Data:PKCS12Data];

NSString *url = @”https://218.244.131.231/ManicureShop/api/order/pay/%@”;

NSDictionary *dic = @{@”request” : @{

@”orderNo” : @”1409282102222110030643″,

@”type” : @(2)

}

};

_signString = nil;

NSData *postData = [NSJSONSerialization dataWithJSONObject:dic

options:NSJSONWritingPrettyPrinted

error:nil];

NSString *sign = [self signWithSignKey:@”test” params:dic];

NSMutableData *body = [postData mutableCopy];

NSLog(@”%@”, [[NSString alloc] initWithData:body encoding:NSUTF8StringEncoding]);

url = [NSString stringWithFormat:url, sign];

 

MKNetworkEngine *engine = [[MKNetworkEngine alloc] initWithHostName:@”218.244.131.231″];

NSString *path = [NSString stringWithFormat:@”/ManicureShop/api/order/pay/%@”, sign];

MKNetworkOperation *op = [engine operationWithPath:path params:dic httpMethod:@”POST” ssl:YES];

op.postDataEncoding = MKNKPostDataEncodingTypeJSON; // 传JOSN

 

// 这个是app bundle 路径下的自签证书

op.clientCertificate = [[[NSBundle mainBundle] resourcePath]

stringByAppendingPathComponent:@”testClient.p12″];

// 这个是自签证书的密码

op.clientCertificatePassword = @”testHttps”;

 

// 由于自签名的证书是需要忽略的,所以这里需要设置为YES,表示允许

op.shouldContinueWithInvalidCertificate = YES;

[op addCompletionHandler:^(MKNetworkOperation *completedOperation) {

NSLog(@”%@”, completedOperation.responseJSON);

} errorHandler:^(MKNetworkOperation *completedOperation, NSError *error) {

NSLog(@”%@”, [error description]);

}];

 

[engine enqueueOperation:op];

return;

}

 

// 下面这段代码是提取和校验证书的数据的

+ (BOOL)extractIdentity:(SecIdentityRef *)outIdentity

andTrust:(SecTrustRef*)outTrust

fromPKCS12Data:(NSData *)inPKCS12Data {

OSStatus securityError = errSecSuccess;

 

// 证书密钥

NSDictionary *optionsDictionary = @{@”testHttps”: (__bridge id)kSecImportExportPassphrase};

CFArrayRef items = CFArrayCreate(NULL, 0, 0, NULL);

securityError = SecPKCS12Import((__bridge CFDataRef)inPKCS12Data,

(__bridge CFDictionaryRef)optionsDictionary,

&items);

 

if (securityError == 0) {

CFDictionaryRef myIdentityAndTrust = CFArrayGetValueAtIndex (items, 0);

const void *tempIdentity = NULL;

tempIdentity = CFDictionaryGetValue (myIdentityAndTrust, kSecImportItemIdentity);

*outIdentity = (SecIdentityRef)tempIdentity;

const void *tempTrust = NULL;

tempTrust = CFDictionaryGetValue (myIdentityAndTrust, kSecImportItemTrust);

*outTrust = (SecTrustRef)tempTrust;

} else {

NSLog(@”Failed with error code %d”,(int)securityError);

return NO;

}

return YES;

}

安全建议

由于安全通信对于IOS客户端来说是比较重要的一项风险点,所以对于IOS客户端,建议采用SSL证书双向校验,这样不仅可以防止中间人攻击,也可以有效的防止攻击者对客户端与服务端的网络通信有较好的防调试功能。

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