HTTPS 一定是安全的吗?

大家好,我是小林。

上周有位读者在面字节时被问道这么一个问题:HTTPS 一定安全可靠吗?

这个问题的场景是这样的:客户端通过浏览器向服务端发起 HTTPS 请求时,被「假基站」转发到了一个「中间人服务器」,于是客户端是和「中间人服务器」完成了 TLS 握手,然后这个「中间人服务器」再与真正的服务端完成 TLS 握手。

HTTPS 一定是安全的吗?插图

具体过程如下:

  • 客户端向服务端发起 HTTPS 建立连接请求时,然后被「假基站」转发到了一个「中间人服务器」,接着中间人向服务端发起 HTTPS 建立连接请求,此时客户端与中间人进行 TLS 握手,中间人与服务端进行 TLS 握手;
  • 在客户端与中间人进行 TLS 握手过程中,中间人会发送自己的公钥证书给客户端,客户端验证证书的真伪,然后从证书拿到公钥,并生成一个随机数,用公钥加密随机数发送给中间人,中间人使用私钥解密,得到随机数,此时双方都有随机数,然后通过算法生成对称加密密钥(A),后续客户端与中间人通信就用这个对称加密密钥来加密数据了。
  • 在中间人与服务端进行 TLS 握手过程中,服务端会发送从 CA 机构签发的公钥证书给中间人,从证书拿到公钥,并生成一个随机数,用公钥加密随机数发送给服务端,服务端使用私钥解密,得到随机数,此时双方都有随机数,然后通过算法生成对称加密密钥(B),后续中间人与服务端通信就用这个对称加密密钥来加密数据了。
  • 后续的通信过程中,中间人用对称加密密钥(A)解密客户端的 HTTPS 请求的数据,然后用对称加密密钥(B)加密 HTTPS 请求后,转发给服务端,接着服务端发送 HTTPS 响应数据给中间人,中间人用对称加密密钥(B)解密 HTTPS 响应数据,然后再用对称加密密钥(A)加密后,转发给客户端。

从客户端的角度看,其实并不知道网络中存在中间人服务器这个角色。

那么中间人就可以解开浏览器发起的 HTTPS 请求里的数据,也可以解开服务端响应给浏览器的 HTTPS 响应数据。相当于,中间人能够 “偷看” 浏览器与服务端之间的 HTTPS 请求和响应的数据。

但是要发生这种场景是有前提的,前提是用户点击接受了中间人服务器的证书。

中间人服务器与客户端在 TLS 握手过程中,实际上发送了自己伪造的证书给浏览器,而这个伪造的证书是能被浏览器(客户端)识别出是非法的,于是就会提醒用户该证书存在问题。

HTTPS 一定是安全的吗?插图1

如果用户执意点击「继续浏览此网站」,相当于用户接受了中间人伪造的证书,那么后续整个 HTTPS 通信都能被中间人监听了。

所以,这其实并不能说 HTTPS 不够安全,毕竟浏览器都已经提示证书有问题了,如果用户坚决要访问,那不能怪 HTTPS ,得怪自己手贱

客户端是如何验证证书的?

接下来,详细说一下实际中数字证书签发和验证流程。

如下图图所示,为数字证书签发和验证流程:

HTTPS 一定是安全的吗?插图2

当服务端向 CA 机构申请证书的时候,CA 签发证书的过程,如上图左边部分:

  • 首先 CA 会把持有者的公钥、用途、颁发者、有效时间等信息打成一个包,然后对这些信息进行 Hash 计算,得到一个 Hash 值;
  • 然后 CA 会使用自己的私钥将该 Hash 值加密,生成 Certificate Signature,也就是 CA 对证书做了签名;
  • 最后将 Certificate Signature 添加在文件证书上,形成数字证书;

客户端校验服务端的数字证书的过程,如上图右边部分:

  • 首先客户端会使用同样的 Hash 算法获取该证书的 Hash 值 H1;
  • 通常浏览器和操作系统中集成了 CA 的公钥信息,浏览器收到证书后可以使用 CA 的公钥解密 Certificate Signature 内容,得到一个 Hash 值 H2 ;
  • 最后比较 H1 和 H2,如果值相同,则为可信赖的证书,否则则认为证书不可信。

但事实上,证书的验证过程中还存在一个证书信任链的问题,因为我们向 CA 申请的证书一般不是根证书签发的,而是由中间证书签发的,比如百度的证书,从下图你可以看到,证书的层级有三级:

HTTPS 一定是安全的吗?插图3

对于这种三级层级关系的证书的验证过程如下:

  • 客户端收到 http://baidu.com 的证书后,发现这个证书的签发者不是根证书,就无法根据本地已有的根证书中的公钥去验证 http://baidu.com 证书是否可信。于是,客户端根据 http://baidu.com 证书中的签发者,找到该证书的颁发机构是 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2”,然后向 CA 请求该中间证书。
  • 请求到证书后发现 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书是由 “GlobalSign Root CA” 签发的,由于 “GlobalSign Root CA” 没有再上级签发机构,说明它是根证书,也就是自签证书。应用软件会检查此证书有否已预载于根证书清单上,如果有,则可以利用根证书中的公钥去验证 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书,如果发现验证通过,就认为该中间证书是可信的。
  • “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书被信任后,可以使用 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书中的公钥去验证 http://baidu.com 证书的可信性,如果验证通过,就可以信任 http://baidu.com 证书。

在这四个步骤中,最开始客户端只信任根证书 GlobalSign Root CA 证书的,然后 “GlobalSign Root CA” 证书信任 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书,而 “GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2” 证书又信任 http://baidu.com 证书,于是客户端也信任 http://baidu.com 证书。总括来说,由于用户信任 GlobalSign,所以由 GlobalSign 所担保的 http://baidu.com 可以被信任,另外由于用户信任操作系统或浏览器的软件商,所以由软件商预载了根证书的 GlobalSign 都可被信任。

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操作系统里一般都会内置一些根证书,比如我的 MAC 电脑里内置的根证书有这么多:

HTTPS 一定是安全的吗?插图5img

这样的一层层地验证就构成了一条信任链路,整个证书信任链验证流程如下图所示:

HTTPS 一定是安全的吗?插图6img

如果你的电脑中毒了,被恶意导入了中间人的根证书,那么在验证中间人的证书的时候,由于你操作系统信任了中间人的根证书,那么等同于中间人的证书是合法的。

这种情况下,浏览器是不会弹出证书存在问题的风险提醒的。

这其实也不关 HTTPS 的事情,是你电脑中毒了才导致 HTTPS 数据被中间人劫持的。

所以,HTTPS 协议本身到目前为止还是没有任何漏洞的,即使你成功进行中间人攻击,本质上是利用了客户端的漏洞(用户点击继续访问或者被恶意导入伪造的根证书),并不是 HTTPS 不够安全。

为什么抓包工具能截取 HTTPS 数据?

抓包工具 Fiddler 之所以可以明文看到 HTTPS 数据,工作原理与中间人一致的。

对于 HTTPS 连接来说,中间人要满足以下两点,才能实现真正的明文代理:

  1. 中间人,作为客户端与真实服务端建立连接这一步不会有问题,因为服务端不会校验客户端的身份;
  2. 中间人,作为服务端与真实客户端建立连接,这里会有客户端信任服务端的问题,也就是服务端必须有对应域名的私钥;

中间人要拿到私钥只能通过如下方式:

  1. 去网站服务端拿到私钥;
  2. 去CA处拿域名签发私钥;
  3. 自己签发证书,且被浏览器信任;

不用解释,抓包工具只能使用第三种方式取得中间人的身份。

使用抓包工具进行 HTTPS 抓包的时候,需要在客户端安装 Fiddler 的根证书,这里实际上起认证中心(CA)的作用。

Fiddler 能够抓包的关键是客户端会往系统受信任的根证书列表中导入 Fiddler 生成的证书,而这个证书会被浏览器信任,也就是 Fiddler 给自己创建了一个认证中心 CA。

客户端拿着中间人签发的证书去中间人自己的 CA 去认证,当然认为这个证书是有效的。

如何避免被中间人抓取数据?

我们要保证自己电脑的安全,不要被病毒乘虚而入,而且也不要点击任何证书非法的网站,这样 HTTPS 数据就不会被中间人截取到了。

当然,我们还可以通过 HTTPS 双向认证来避免这种问题。

一般我们的 HTTPS 是单向认证,客户端只会验证了服务端的身份,但是服务端并不会验证客户端的身份。

如果用了双向认证方式,不仅客户端会验证服务端的身份,而且服务端也会验证客户端的身份。

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服务端一旦验证到请求自己的客户端为不可信任的,服务端就拒绝继续通信,客户端如果发现服务端为不可信任的,那么也中止通信。

完!

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THE END
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