2018年3月31日 星期六

Java - HTTPS 檢查證書的安全連線


在如何在JDK1.5中支援TLSv1.2這篇文章中，有講到如何對TLSv1.2的server進行HTTPS request，但這只是最簡單的實作例子，沒有考慮到憑證安全的檢查，如果被例如中間人攻擊的話，可能會連線請求中間被竄改了資料而不自知。

在前例中，可以看到在自訂的TrustManager 中，所有的method (getAcceptedIssuers(), checkServerTrusted(), checkClientTrusted())都沒有被實作內容，
如果發生了中間人攻擊，也就是在client端和server端的連線中間被某中間人攔截，
這時中間人可能會修改某些資料偽裝server端回傳資料給我們(client)端，
如果我們沒有對其憑證進行檢查的話，可能就無法察覺此攻擊了。

尤其是行動裝置的場合，例如手機在連到了駭客分享的wifi，程式如果不檢查HTTPS連線有無被劫持，就很容昜造成資安問題。

經過了查詢資料及自行實作後，我在這邊提供一個如何對 HTTPS 的 憑證進行驗證的方法。


  1. 為了簡單化，我使用JDK1.8，跟JDK1.5不同，JDK1.8支持TLSv1.2，
    所以不用跟上一篇文(如何在JDK1.5中支援TLSv1.2) 一樣使用BoncyCastle。
    並且把Excpetion全部throws出去，不用try-catch來使程式碼較為清晰。

    Note:
    其實JDK1.8在對TLSv1.2連線時，是不用自已建立TrustManager的，並且自己就會檢查憑證，並在檢查憑證有問題時拋出錯誤。
    但是要注意如果自己建立了TrustManager來用在連線中，卻不檢查憑證的話，在憑證有問題時是不會拋出錯誤的。
    而JDK1.5因為要使用BoncyCastle並會需要自已建立TrustManager，所以就要特別使用檢查憑證的TrustManager。
  2. 我們可以使用封包監測工具，例如Fiddler，來模擬中間人攻擊，如果我們把Java的HTTPS request 掛上Proxy，讓連線中間經過Fiddler的話，相當於就是Fiddler當了中間人，這時對使用了沒有進行憑證檢查的TrustManager的Java程式，是不會發現有任何異狀的。

步驟：

  1. 這裡要連的實驗對像跟之前一樣是號稱只支持TLSv1.2的fancyssl網站，首先去此網站上下載憑證。
    下載方式如下圖，按下F12打開開發者console後，選Security --> View Certificate --> 詳細資料 --> 複制到檔案。
  2. 使用java的工具 keytool 加入憑證到你要的憑證檔案中
    keytool -import -alias {別名} -keystore {要被放入憑證的憑證檔} -file {從網站上下載的憑證}
    例如：
    keytool -import -alias fancyssl -keystore D:\test_cer -file D:\fancyssl_cer.cer
    之後會要你打密碼，第一次產生憑證檔自己取。如果是本來就有的檔案通常密碼沒改就是預設 ： changeit
  3. 接下來我展示在Java1.8下的三種寫法：
    1. HttpsTest_notSafe.java
      (自己建立的，沒有檢查憑證的TrustManager)
      import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.security.KeyManagementException;
import java.security.KeyStore;
import java.security.KeyStoreException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.cert.Certificate;
import java.security.cert.CertificateException;
import java.security.cert.CertificateFactory;
import java.security.cert.X509Certificate;

import javax.net.ssl.HostnameVerifier;
import javax.net.ssl.HttpsURLConnection;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.SSLSession;
import javax.net.ssl.TrustManager;
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
import javax.net.ssl.X509TrustManager;

public class HttpsTest_notSafe {

 public static void main(String[] args)
   throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException, MalformedURLException, IOException, NoSuchProviderException, KeyStoreException, CertificateException {
  // 將request導向 Fiddler (127.0.0.1:8888) 可模擬中間人攻擊
  System.setProperty("http.proxyHost", "127.0.0.1");
  System.setProperty("http.proxyPort", "8888");
  System.setProperty("https.proxyHost", "127.0.0.1");
  System.setProperty("https.proxyPort", "8888");
  //
  
  // 自訂的TrustManager，沒有檢查憑證，不安全
  TrustManager trustManager = new X509TrustManager() {
   public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
    return new X509Certificate[0];
   }
   public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {
    // do nothing
   }
   public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException {
    // do nothing
   }
  };

  SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLSv1.2");
  // 自訂的TrustManager，沒有檢查憑證，不安全
  sslContext.init(null, new TrustManager[] { trustManager }, new SecureRandom());
  HttpsURLConnection.setDefaultSSLSocketFactory(sslContext.getSocketFactory());
  
  HttpsURLConnection httpsUrlConnection = (HttpsURLConnection) (new URL("https://fancynossl.hboeck.de/")).openConnection();
  httpsUrlConnection.connect();

  // 印出Response
  printFromInputStream(httpsUrlConnection.getInputStream());
  
  httpsUrlConnection.disconnect();
  
 }
 
 static void printFromInputStream(InputStream in) throws IOException {
  BufferedReader responseBufferedReader = new BufferedReader((new InputStreamReader(in)));
  StringBuffer responseTextStringBuffer = new StringBuffer();
  String tempString = null;
  while ((tempString = responseBufferedReader.readLine()) != null) {
   responseTextStringBuffer.append(tempString + "\n");
  }
  String responseText = responseTextStringBuffer.toString();
  System.out.println(responseText);
 }
}
    2. HttpsTest_safe1.java
      (JDK1.8 直接使用自帶TLSv1.2的https支持，不用建立TrustManager)
      import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.security.KeyManagementException;
import java.security.KeyStore;
import java.security.KeyStoreException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.cert.Certificate;
import java.security.cert.CertificateException;
import java.security.cert.CertificateFactory;
import java.security.cert.X509Certificate;

import javax.net.ssl.HostnameVerifier;
import javax.net.ssl.HttpsURLConnection;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.SSLSession;
import javax.net.ssl.TrustManager;
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
import javax.net.ssl.X509TrustManager;

public class HttpsTest_safe1 {

 public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException, MalformedURLException, IOException, NoSuchProviderException, KeyStoreException, CertificateException {
  // 將request導向 Fiddler (127.0.0.1:8888) 可模擬中間人攻擊
  System.setProperty("http.proxyHost", "127.0.0.1");
  System.setProperty("http.proxyPort", "8888");
  System.setProperty("https.proxyHost", "127.0.0.1");
  System.setProperty("https.proxyPort", "8888");
  //

  //建立連線
  HttpsURLConnection httpsUrlConnection = (HttpsURLConnection) (new URL("https://fancynossl.hboeck.de/")).openConnection();
  httpsUrlConnection.connect();

  // 印出Response
  printFromInputStream(httpsUrlConnection.getInputStream());
  
  httpsUrlConnection.disconnect();  
 }
 
 static void printFromInputStream(InputStream in) throws IOException {
  BufferedReader responseBufferedReader = new BufferedReader((new InputStreamReader(in)));
  StringBuffer responseTextStringBuffer = new StringBuffer();
  String tempString = null;
  while ((tempString = responseBufferedReader.readLine()) != null) {
   responseTextStringBuffer.append(tempString + "\n");
  }
  String responseText = responseTextStringBuffer.toString();
  System.out.println(responseText);
 }
}
    3. HttpsTest_safe2.java
      (自已建立的，使用憑證檔產生出TrustManager)
      import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.security.KeyManagementException;
import java.security.KeyStore;
import java.security.KeyStoreException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.cert.Certificate;
import java.security.cert.CertificateException;
import java.security.cert.CertificateFactory;
import java.security.cert.X509Certificate;

import javax.net.ssl.HostnameVerifier;
import javax.net.ssl.HttpsURLConnection;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.SSLSession;
import javax.net.ssl.TrustManager;
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
import javax.net.ssl.X509TrustManager;

public class HttpsTest_safe2 {

 public static void main(String[] args)
   throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException, MalformedURLException, IOException, NoSuchProviderException, KeyStoreException, CertificateException {
  // 將request導向 Fiddler (127.0.0.1:8888) 可模擬中間人攻擊
  System.setProperty("http.proxyHost", "127.0.0.1");
  System.setProperty("http.proxyPort", "8888");
  System.setProperty("https.proxyHost", "127.0.0.1");
  System.setProperty("https.proxyPort", "8888");
  //  
  
        //從憑證產生TrustManager
        String password = "changeit";  //預設密碼為changeit
        //讀取憑證
        File file = new File("D:/test_cer");
        //通常會將憑證都加到%Java_Home%/lib/security/cacerts/中
        //File file = new File(System.getProperty("java.home") + "/lib/security/cacerts");
        InputStream in = new FileInputStream(file);
        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
        keyStore.load(in, password.toCharArray());
        in.close();
        //建立TrustManager
        TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance("SunX509", "SunJSSE");
        trustManagerFactory.init(keyStore);

  SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLSv1.2");
  sslContext.init(null, trustManagerFactory.getTrustManagers(), new SecureRandom());
  HttpsURLConnection.setDefaultSSLSocketFactory(sslContext.getSocketFactory());

  HttpsURLConnection httpsUrlConnection = (HttpsURLConnection) (new URL("https://fancynossl.hboeck.de/")).openConnection();
  httpsUrlConnection.connect();

  // 印出Response
  printFromInputStream(httpsUrlConnection.getInputStream());
  
  httpsUrlConnection.disconnect();
  
 }
 
 static void printFromInputStream(InputStream in) throws IOException {
  BufferedReader responseBufferedReader = new BufferedReader((new InputStreamReader(in)));
  StringBuffer responseTextStringBuffer = new StringBuffer();
  String tempString = null;
  while ((tempString = responseBufferedReader.readLine()) != null) {
   responseTextStringBuffer.append(tempString + "\n");
  }
  String responseText = responseTextStringBuffer.toString();
  System.out.println(responseText);
 }
}
我們可以打開 Fiddler，並在 Tools --> Options --> HTTPS，勾選 "Decrypt HTTPS traffic 設定攔截 HTTPS request 模擬中間人，
並且在上述的三個Java程式中，對設定Proxy的程式碼註解或不註解來測試。
可以發現以下結果：
有拋出錯誤沒有拋出錯誤有拋出錯誤沒有拋出錯誤
有經過Fiddler沒有經過Fiddler
HttpsTest_notSafe.java沒有拋出錯誤沒有拋出錯誤
HttpsTest_safe1.java有拋出錯誤沒有拋出錯誤
HttpsTest_safe2.java有拋出錯誤沒有拋出錯誤

可以看到，如果是JDK1.8如果使用了自帶TLSv1.2的支持寫法，即不自己建立TrustManager的話，程式是可以自行檢查出憑證錯誤的。

但如果使用了自已建立的TrustManager時，就要使用有檢查憑證的TrustManager才行，此篇文章使用的是由憑證檔產生TrustManager。
除了由憑證檔產生TrustManager以外，也可由自己撰寫檢查憑證相關的TrustManager method ((getAcceptedIssuers(), checkServerTrusted(), checkClientTrusted())) 。

 原始碼下載：
HttpsTest.7z

參考資料 ：
  1. Java 使用自签证书访问https站点
  2. 苹果核 - Android App 安全的HTTPS 通信
  3. Sun Java System Application Server Enterprise Edition 8.2 管理指南
  4. Java Keytool的使用及申請憑證(以Microsoft Active Directory Certificate Services為例)
  5. java中 SSL认证和keystore使用
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