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壹文弄懂關於證書,簽名,ssl,android包簽名機制。

所有的概念都基於壹個非常重要的基礎:

rsa 非對稱加密算法

先感受下幾個概念

PKI。

PKI是公鑰基礎設施(Public Key Infrastructure) 包括PKI策略、軟硬件系統、證書機構CA、註冊機構RA、證書發布系統和PKI應用等。

我們關註就倆東西: PKCS 證書機構CA 。前者是定義加密算法,簽名,證書相關的各種事情采用的協議。後者可以為我們頒發權威的證書。

PKCS

PKCS(The Public-Key Cryptography Standards )是由美國RSA數據安全公司及其合作夥伴制定的壹組公鑰密碼學標準,其中包括證書申請、證書更新、證書作廢表發布、擴展證書內容以及數字簽名、數字信封的格式等方面的壹系列相關協議。RSA算法可以做加密、解密、簽名、驗證,還有RSA的密鑰對存儲。這些都需要標準來規範,如何輸入,如何輸出,如何存儲等。

PKCS。全稱是公鑰密碼學標準, 目前***發布過 15 個標準,這些標準都是協議。總結壹下 就是對加密算法,簽名,證書協議的描述。下面列舉壹些常用的協議,這些協議在本文都會對應上。

這些協議具體的實現就體現在openssl等工具中, 以及jdk工具keytool jdk java第三方庫bouncycastle。

比如用openssl 如何生成公/私鑰(PKCS#1)、簽名(PKCS#1 )、簽名請求文件(KCS#10)、 帶口令的私鑰(PKCS#8)。 含私鑰的證書(PKCS#12)、證書庫(PKCS#12)

其中涉及到算法的基礎協議PKCS#1等,由於涉及到密碼學原理所以我們並不需要深究它,只要知道怎麽做就可以了。

現實中我們要解決這樣壹種情況:

客戶端和服務器之間的數據要進行加密。需要兩個達成同壹個對稱秘鑰加密才行,那麽這個秘鑰如何生成,並在兩邊都能拿到,並保證傳輸過程中不被泄露。 這就用到非對稱加密了。 後續的傳輸,就能用這個 對稱秘鑰來加密和解密了。

還有這樣壹個問題:

就是客戶端如何判斷服務端是否是合法的服務端。這就需要服務端有個id來證明它,而這個id 就是證書,而且必須是權威機構頒發的才能算是合法的。

因為客戶端即瀏覽器,認定證書合法的規則必須通過第三方來確認 即ca頒發的證書。否則就我可能進了壹個假網站。

而這兩個問題 都是ssl協議要解決的內容。

所以ssl協議做了兩件事情,壹是驗證身份,二是協商對稱秘鑰,並安全的傳輸。 而實現這個過程的關鍵數據模型就是證書, 通過證書中的ca對證書的簽名,實現了身份驗證,通過證書中的公鑰,實現對對稱秘鑰加密,從而實現數據保密。 其實還順手做了壹件事情就是通過解密簽名比對hash,保證了數據完整性。

明白ssl協議 首先明白幾個重要的概念:

證書: 顧名思義就是提供了壹種在Internet上驗證通信實體身份的方式,數字證書不是數字身份證,由權威公正的第三方機構,即CA(例如中國各地方的CA公司)中心簽發的證書, 就是可以認定是合法身份的。客戶端不需要證書。 證書是用來驗證服務端的。

壹般的證書都是x509格式證書,這是壹種標準的證書,可以和其他證書類型互相轉換。完整來說證書包含,證書的內容,包括 版本號, 證書序列號, hash算法, 發行者名稱,有效期, 公鑰算法,公鑰,簽名(證書原文以及原文hash壹起簽名)而這個內容以及格式 都是標準化的,即x509格式 是壹種標準的格式。

簽名: 就用私鑰對壹段數據進行加密,得到的密文。 這壹段數據在證書的應用上就是 對證書原文+原文hash進行簽名。

誰簽的名,就是用誰的私鑰進行加密。就像身份證壹樣, 合法的身份證我們都依據是政府簽的,才不是假證, 那就是瀏覽器會有政府的公鑰,通過校驗(解密)簽名,如果能夠解密,就可以確定這個就是政府的簽名。就對了。

hash算法 :對原始數據進行某種形式的信息提取,被提取出的信息就被稱作原始數據的消息摘要。比如,MD5和SHA-1及其大量的變體。 hash算法具有不可逆性,無法從摘要中恢復出任何的原始消息。長度總是固定的。MD5算法摘要的消息有128個比特位,SHA-1算法摘要的消息最終有160比特位的輸出。

ca機構: 權威證書頒發機構,瀏覽器存有ca的公鑰,瀏覽器以此公鑰來驗證服務端證書的合法性。

證書的獲取: 生成證書申請文件.csr(涉及到PKCS#10定義的規範)後向ca機構申請。 或者自己直接通過生成私鑰就可以壹步到位生成自簽名證書。 自簽名證書就是用自己的私鑰來簽名證書。

那麽為了體現到 證書身份認證、數據完整、保密性三大特性 ,證書的簡化模型可以認為包含以下兩個要素:服務器公鑰,ca的簽名(被ca私鑰加密過的證書原文+原文hash),

身份認證:

瀏覽器存有ca公鑰,用ca公鑰解密網站發給妳的證書中的簽名。如果能解密,說明該證書由ca頒發,證書合法。 否則瀏覽器就會報警告,問妳是否信任這個證書,也就是這個網站。這時候的證書可以是任何人簽發的,可以自己簽發的。 但是中間人攻擊。 完全偽造新的證書, 這就沒有辦法了。 所以還是信任證書的時候要謹慎。

數據完整:

如果妳信任該證書的話,這時候就會用證書中的公鑰去解密簽名,如果是ca簽發的證書,那麽之前就已經通過ca的公鑰去解密簽名了。 然後得到證書hash,然後在瀏覽器重新對證書做hash,兩者比對壹致的話,說明證書數據沒有被篡改。

保密性:

使用證書的公鑰對對稱秘鑰加密保證傳輸安全,對稱秘鑰生成後,後續的傳輸會通過對稱秘鑰來在服務端和客戶端的加解密。

那麽ssl協議的具體過程就是:

4.網站接收瀏覽器發來的數據之後 使用自己的私鑰校驗簽名,並對原文進行hash 與解密出的hash 做比對檢查完整性。然後發送編碼改變通知,服務器握手結束通知(所有內容做hash )。 發送給客戶端校驗。

5 客戶端校驗,校驗成功後,之後就用 對稱秘鑰進行通信了。

總***的過程是 c-s-c- s-c 四次握手。

四次握手簡單來說分別是:

1.請求獲取證書

2.服務端返回證書,客戶端驗證了證書的合法性和完整性,同時生成了對稱秘鑰。

3.客戶端把加密的 對稱秘鑰發給服務器。服務器檢查真實性和完整性。

4.服務端返回握手結束通知,客戶端再檢查壹次真實性和完整性。

前兩次握手是明文, 後兩次握手是密文。 所以都要檢查身份真實性和數據完整性。

ca的作用:

ca起到壹個權威中間人的角色,如果脫離了ca, 那麽證書還是證書,還能加密,保證數據完整性。 但是無法應用在客戶端去認定服務器身份合法這個場景下。

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下面就詳細說下 脫離了ca簽發的證書的應用:

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自簽名證書:

證書如果沒有權威機構的簽名,就是沒有權威機構給妳簽發身份證。 那麽這時候身份認證的場景變了。

這時候的認證場景就變成了,不再是某個官方權威說了算,而是假設第壹次碰到這個證書,會認為,這個證書與之捆綁的實體之間是合法的並做記錄。如果當這個實體下次捆綁了另壹個證書,那麽就是非法的。

這種情況常用於android中安裝和校驗app的時候,會先假設第壹次安裝的是合法的應用,認定這個app證書中的公鑰是合法的公鑰。然後通過自簽名的證書,校驗簽名,就能實現後續安裝是否合法以及完整性。

android中的如何對app進行身份認定和不被篡改:

android系統在安裝app時候會進行校驗applicationId,applicationId 不同會認定為不同應用。相同應用,第二次安裝會校驗證書是否和之前app的證書相同,如果相同則兩個包很可能來自同壹個身份。 如果證書不同,也就是該包被另壹個身份用自己的私鑰重新簽名過,就會拒絕安裝。 然後通過公鑰來解密簽名,如果能解密,說明身份是ok的。否則拒絕安裝。比對解密簽名後的hash 與apk包內的cert.sf文件(該文件是apk內所有文件生成的hash文件)是否壹致,如果相同則認定為沒有被篡改。

android在提交應用商店的問題:

應用商店也會校驗 後續的上傳和第壹次上傳時的證書,以及類似上述的後續的壹系列校驗。防止合法的開發者平臺被盜後,上傳非法應用。

android在接入第三方sdk的問題:

接入第三方sdk 會提交applicationId 和 sha1 值。 這個sha1值就是對 證書原文的簽名後的sha1,也就是證書指紋。這個證書是證書庫裏最初的那個證書(x509格式),而不是對apk簽名後生成的證書(PKCS#7)。壹般的證書簽名的主體是證書原文本身,而對apk簽名還額外會對apk所有文件生成的hash值文件(cert.sf)進行壹次簽名。

第三方平臺會記錄 applicationId 與sha1 的對應關系。 當有假冒app試圖接入時候,由於會對app內的PKCS#7證書轉換為原始的x509格式證書,重新生成sha1值,與用戶提交sha1 比對, 如果相同則說明證書很可能是ok的。 因為sha1就是證書的指紋。 之後就會通過證書中的公鑰來校驗簽名,從而最終確認身份合法性以及信息完整性。

第三方平臺之所以需要用戶去提交證書指紋sha1值,多了這壹步,就意味著妳的證書是可以更換的,壹旦更換了證書,就必須提交新的指紋給我,然後我來做匹配。而應用商店沒有這個功能, 壹旦妳的證書的私鑰丟了, 那就必須重新建壹個新的app。

總結來看證書的身份認定機制:

在ssl協議下,這種場景是 瀏覽器用於認定合法的服務器身份。 在自簽名證書下,需要用戶選擇是否信任該證書。

在android app采用自簽名證書的場景下, 證書起到了 假設第壹次的證書合法,公鑰合法,後續如果證書不壹致或不能夠完成簽名校驗,就是非法。

證書庫:

證書庫應該滿足PKCS#12協議。 但是jdk提供了制作證書的工具keytool 可以生成keystore類型的證書庫,後綴為jks。 keystore pk12可以通過keytool命令互相轉換。

證書庫是個證書的容器, 可以用來創建數字證書。 在keystore證書庫中,所有的數字證書是以壹條壹條(采用別名alias區別)的形式存入證書庫的。證書庫中的證書格式為pk12,即包含私鑰。 如果導出證書的話, 可以導出為x509不包含私鑰的格式 或者pk12包含私鑰的證書。 也可以也可以用-import參數加壹個證書或證書鏈到信任證書。

android中壹般都采用讀取證書庫的方式,通過證書庫來創建壹個證書,通過alias來區分。 所以在簽名的時候,壹個alias是壹個證書,不同的alias是不同的證書,不要搞錯了。

幾個關系:

證書和非對稱加密算法的關系:

證書代表壹個身份的主體,包含了非對稱秘鑰體系中的公鑰,以及用私鑰對證書簽名。這種組織結構,把非對稱加密算法從加密的功能,拓寬到了用於身份認證,信息完整性上。這體現在了證書的作用。 本質還是利用了非對稱加密算法的特性。

ssl協議和證書的關系。

因為證書解決了客戶端對服務器的身份認證(自簽名證書除外),同時也解決了加密,和信息完整性,所以ssl協議基於證書來實現。

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