AFNetworking2.0源码解析<三>

本篇说说安全相关的AFSecurityPolicy模块，AFSecurityPolicy用于验证HTTPS请求的证书，先来看看HTTPS的原理和证书相关的几个问题。

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>、<二>
关于整个流程：HTTPS那些事<一>、<二>、<三>
关于数字证书：浅析数字证书

这里说下一开始我比较费解的两个问题：

1.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。

2.什么是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。

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/" parameters:nil success:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id responseObject) {

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

}];

AFSecurityPolicy分三种验证模式：

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。若要验证这个，是否应该把服务端证书的颁发机构根证书也放到客户端里？

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。

整个AFSecurityPolicy就是实现这这几种验证方式，剩下的就是实现细节了，详见源码。

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// AFSecurity.m

//

// Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy

// of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal

// in the Software without restriction, including without limitation the rights

// to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell

// copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is

// furnished to do so, subject to the following conditions:

//

// The above copyright notice and this permission notice shall be included in

// all copies or substantial portions of the Software.

//

// THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR

// IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,

// FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE

// AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER

// LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,

// OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN

// THE SOFTWARE.

#import "AFSecurityPolicy.h"

// Equivalent of macro in , without causing compiler warning:

// "'DebugAssert' is deprecated: first deprecated in OS X 10.8"

//这两个宏方法用于方便地处理调用各种证书方法过程中出现的错误，出现错误后用goto语句直接跳转到结束语

//关于为什么要用 __builtin_expect (x, 0) 而不直接用 x != 0，是为了CPU执行时的性能优化，见这里：

//http://stackoverflow.com/questions/7346929/why-do-we-use-builtin-expect-when-a-straightforward-way-is-to-use-if-else

#ifndef AF_Require

#define AF_Require(assertion, exceptionLabel) \

do { \

if (__builtin_expect(!(assertion), 0)) { \

goto exceptionLabel; \

} \

} while (0)

#endif

#ifndef AF_Require_noErr

#define AF_Require_noErr(errorCode, exceptionLabel) \

do { \

if (__builtin_expect(0 != (errorCode), 0)) { \

goto exceptionLabel; \

} \

} while (0)

#endif

#if !defined(__IPHONE_OS_VERSION_MIN_REQUIRED)

static NSData * AFSecKeyGetData(SecKeyRef key) {

CFDataRef data = NULL;

AF_Require_noErr(SecItemExport(key, kSecFormatUnknown, kSecItemPemArmour, NULL, &data), _out);

return (__bridge_transfer NSData *)data;

_out:

if (data) {

CFRelease(data);

}

return nil;

}

#endif

static BOOL AFSecKeyIsEqualToKey(SecKeyRef key1, SecKeyRef key2) {

#if defined(__IPHONE_OS_VERSION_MIN_REQUIRED)

return [(__bridge id)key1 isEqual:(__bridge id)key2];

#else

return [AFSecKeyGetData(key1) isEqual:AFSecKeyGetData(key2)];

#endif

}

//从证书里取public key

static id AFPublicKeyForCertificate(NSData *certificate) {

id allowedPublicKey = nil;

SecCertificateRef allowedCertificate;

SecCertificateRef allowedCertificates[1];

CFArrayRef tempCertificates = nil;

SecPolicyRef policy = nil;

SecTrustRef allowedTrust = nil;

SecTrustResultType result;

//取证书SecCertificateRef -> 生成证书数组 -> 生成SecTrustRef -> 从SecTrustRef取PublicKey

allowedCertificate = SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificate);

AF_Require(allowedCertificate != NULL, _out);

allowedCertificates[0] = allowedCertificate;

tempCertificates = CFArrayCreate(NULL, (const void **)allowedCertificates, 1, NULL);

policy = SecPolicyCreateBasicX509();

AF_Require_noErr(SecTrustCreateWithCertificates(tempCertificates, policy, &allowedTrust), _out);

AF_Require_noErr(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;

}

static BOOL AFServerTrustIsValid(SecTrustRef serverTrust) {

BOOL isValid = NO;

SecTrustResultType result;

AF_Require_noErr(SecTrustEvaluate(serverTrust, &result), _out);

//kSecTrustResultUnspecified:证书通过验证，但用户没有设置这些证书是否被信任

//kSecTrustResultProceed:证书通过验证，用户有操作设置了证书被信任，例如在弹出的是否信任的alert框中选择always trust

isValid = (result == kSecTrustResultUnspecified || result == kSecTrustResultProceed);

_out:

return isValid;

}

//取出服务端返回的所有证书

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];

}

//取出服务端返回证书里所有的public key

static NSArray * AFPublicKeyTrustChainForServerTrust(SecTrustRef serverTrust) {

SecPolicyRef policy = SecPolicyCreateBasicX509();

CFIndex certificateCount = SecTrustGetCertificateCount(serverTrust);

NSMutableArray *trustChain = [NSMutableArray arrayWithCapacity:(NSUInteger)certificateCount];

for (CFIndex i = 0; i 生成证书数组 -> 生成SecTrustRef -> 从SecTrustRef取PublicKey

SecCertificateRef certificate = SecTrustGetCertificateAtIndex(serverTrust, i);

SecCertificateRef someCertificates[] = {certificate};

CFArrayRef certificates = CFArrayCreate(NULL, (const void **)someCertificates, 1, NULL);

SecTrustRef trust;

AF_Require_noErr(SecTrustCreateWithCertificates(certificates, policy, &trust), _out);

SecTrustResultType result;

AF_Require_noErr(SecTrustEvaluate(trust, &result), _out);

[trustChain addObject:(__bridge_transfer id)SecTrustCopyPublicKey(trust)];

_out:

if (trust) {

CFRelease(trust);

}

if (certificates) {

CFRelease(certificates);

}

continue;

}

CFRelease(policy);

return [NSArray arrayWithArray:trustChain];

}

#pragma mark -

@interface AFSecurityPolicy()

@property (readwrite, nonatomic, strong) NSArray *pinnedPublicKeys;

@end

@implementation AFSecurityPolicy

+ (NSArray *)defaultPinnedCertificates {

//默认证书列表，遍历根目录下所有.cer文件

static NSArray *_defaultPinnedCertificates = nil;

static dispatch_once_t onceToken;

dispatch_once(&onceToken, ^{

NSBundle *bundle = [NSBundle bundleForClass:[self class]];

NSArray *paths = [bundle pathsForResourcesOfType:@"cer" inDirectory:@"."];

NSMutableArray *certificates = [NSMutableArray arrayWithCapacity:[paths count]];

for (NSString *path in paths) {

NSData *certificateData = [NSData dataWithContentsOfFile:path];

[certificates addObject:certificateData];

}

_defaultPinnedCertificates = [[NSArray alloc] initWithArray:certificates];

});

return _defaultPinnedCertificates;

}

+ (instancetype)defaultPolicy {

AFSecurityPolicy *securityPolicy = [[self alloc] init];

securityPolicy.SSLPinningMode = AFSSLPinningModeNone;

return securityPolicy;

}

+ (instancetype)policyWithPinningMode:(AFSSLPinningMode)pinningMode {

AFSecurityPolicy *securityPolicy = [[self alloc] init];

securityPolicy.SSLPinningMode = pinningMode;

securityPolicy.validatesDomainName = YES;

[securityPolicy setPinnedCertificates:[self defaultPinnedCertificates]];

return securityPolicy;

}

- (id)init {

self = [super init];

if (!self) {

return nil;

}

self.validatesCertificateChain = YES;

return self;

}

#pragma mark -

- (void)setPinnedCertificates:(NSArray *)pinnedCertificates {

_pinnedCertificates = pinnedCertificates;

if (self.pinnedCertificates) {

//预先取出public key，用于AFSSLPinningModePublicKey方式的验证

NSMutableArray *mutablePinnedPublicKeys = [NSMutableArray arrayWithCapacity:[self.pinnedCertificates count]];

for (NSData *certificate in self.pinnedCertificates) {

id publicKey = AFPublicKeyForCertificate(certificate);

if (!publicKey) {

continue;

}

[mutablePinnedPublicKeys addObject:publicKey];

}

self.pinnedPublicKeys = [NSArray arrayWithArray:mutablePinnedPublicKeys];

} else {

self.pinnedPublicKeys = nil;

}

#pragma mark -

- (BOOL)evaluateServerTrust:(SecTrustRef)serverTrust {

return [self evaluateServerTrust:serverTrust forDomain:nil];

}

- (BOOL)evaluateServerTrust:(SecTrustRef)serverTrust

forDomain:(NSString *)domain

{

NSMutableArray *policies = [NSMutableArray array];

if (self.validatesDomainName) {

[policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateSSL(true, (__bridge CFStringRef)domain)];

} else {

[policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateBasicX509()];

}

SecTrustSetPolicies(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)policies);

//向系统内置的根证书验证服务端返回的证书是否合法

//若使用自签名证书，这里的验证是会不合法的，需要设allowInvalidCertificates = YES

if (!AFServerTrustIsValid(serverTrust) && !self.allowInvalidCertificates) {

return NO;

}

//取出服务端返回的证书

NSArray *serverCertificates = AFCertificateTrustChainForServerTrust(serverTrust);

switch (self.SSLPinningMode) {

case AFSSLPinningModeNone:

//两种情况走到这里，

//一是通过系统证书验证，返回认证成功

//二是没通过验证，但allowInvalidCertificates = YES，也就是说完全不认证直接返回认证成功

return YES;

//验证整个证书

case AFSSLPinningModeCertificate: {

NSMutableArray *pinnedCertificates = [NSMutableArray array];

for (NSData *certificateData in self.pinnedCertificates) {

[pinnedCertificates addObject:(__bridge_transfer id)SecCertificateCreateWithData(NULL, (__bridge CFDataRef)certificateData)];

}

//在本地证书里验证服务端返回的证书的有效性

SecTrustSetAnchorCertificates(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)pinnedCertificates);

if (!AFServerTrustIsValid(serverTrust)) {

return NO;

}

if (!self.validatesCertificateChain) {

return YES;

}

//整个证书链都跟本地的证书匹配才给过

NSUInteger trustedCertificateCount = 0;

for (NSData *trustChainCertificate in serverCertificates) {

if ([self.pinnedCertificates containsObject:trustChainCertificate]) {

trustedCertificateCount++;

}

return trustedCertificateCount == [serverCertificates count];

}

//只验证证书的public key

case AFSSLPinningModePublicKey: {

NSUInteger trustedPublicKeyCount = 0;

NSArray *publicKeys = AFPublicKeyTrustChainForServerTrust(serverTrust);

//如果不用验证整个证书链，取第一个也就是真正会使用的那个证书验证就行

if (!self.validatesCertificateChain && [publicKeys count] > 0) {

publicKeys = @[[publicKeys firstObject]];

}

//在本地证书里搜索相等的public key，记录找到个数

for (id trustChainPublicKey in publicKeys) {

for (id pinnedPublicKey in self.pinnedPublicKeys) {

if (AFSecKeyIsEqualToKey((__bridge SecKeyRef)trustChainPublicKey, (__bridge SecKeyRef)pinnedPublicKey)) {

trustedPublicKeyCount += 1;

}

//验证整个证书链的情况：每个public key都在本地找到算验证通过

//验证单个证书的情况：找到一个算验证通过

return

trustedPublicKeyCount > 0 && ((self.validatesCertificateChain && trustedPublicKeyCount == [serverCertificates count]) || (!self.validatesCertificateChain && trustedPublicKeyCount >= 1));

}

return NO;

}

#pragma mark - NSKeyValueObserving

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingPinnedPublicKeys {

return [NSSet setWithObject:@"pinnedCertificates"];

}

@end