Android HTTPS详解

http://blog.csdn.net/wzy_1988/article/details/39288831?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

最近有一个跟HTTPS相关的问题需要解决，因此花时间学习了一下Android平台HTTPS的使用，同时也看了一些HTTPS的原理，这里分享一下学习心得。

HTTPS原理

HTTPS(Hyper Text Transfer Protocol Secure)，是一种基于SSL/TLS的HTTP，所有的HTTP数据都是在SSL/TLS协议封装之上进行传输的。HTTPS协议是在HTTP协议的基础上，添加了SSL/TLS握手以及数据加密传输，也属于应用层协议。所以，研究HTTPS协议原理，最终就是研究SSL/TLS协议。

SSL/TLS协议作用

不使用SSL/TLS的HTTP通信，就是不加密的通信，所有的信息明文传播，带来了三大风险：

1. 窃听风险：第三方可以获知通信内容。

2. 篡改风险：第三方可以修改通知内容。

3. 冒充风险：第三方可以冒充他人身份参与通信。

SSL/TLS协议是为了解决这三大风险而设计的，希望达到：

1. 所有信息都是加密传输，第三方无法窃听。

2. 具有校验机制，一旦被篡改，通信双方都会立刻发现。

3. 配备身份证书，防止身份被冒充。

基本的运行过程

SSL/TLS协议的基本思路是采用公钥加密法，也就是说，客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。但是这里需要了解两个问题的解决方案。

1. 如何保证公钥不被篡改？

解决方法：将公钥放在数字证书中。只要证书是可信的，公钥就是可信的。

2. 公钥加密计算量太大，如何减少耗用的时间？

解决方法：每一次对话(session)，客户端和服务器端都生成一个“对话密钥”(session key)，用它来加密信息。由于“对话密钥”是对称加密，所以运算速度非常快，而服务器公钥只用于加密“对话密钥”本身，这样就减少了加密运算的消耗时间。

因此，SSL/TLS协议的基本过程是这样的：

1. 客户端向服务器端索要并验证公钥。

2. 双方协商生成“对话密钥”。

3. 双方采用“对话密钥”进行加密通信。

上面过程的前两布，又称为“握手阶段”。

握手阶段的详细过程

“握手阶段”涉及四次通信，需要注意的是，“握手阶段”的所有通信都是明文的。

客户端发出请求（ClientHello）

首先，客户端（通常是浏览器）先向服务器发出加密通信的请求，这被叫做ClientHello请求。在这一步中，客户端主要向服务器提供以下信息：

1. 支持的协议版本，比如TLS 1.0版

2. 一个客户端生成的随机数，稍后用于生成“对话密钥”。

3. 支持的加密方法，比如RSA公钥加密。

4. 支持的压缩方法。

这里需要注意的是，客户端发送的信息之中不包括服务器的域名。也就是说，理论上服务器只能包含一个网站，否则会分不清应用向客户端提供哪一个网站的数字证书。这就是为什么通常一台服务器只能有一张数字证书的原因。

服务器回应（ServerHello）

服务器收到客户端请求后，向客户端发出回应，这叫做ServerHello。服务器的回应包含以下内容：

1. 确认使用的加密通信协议版本，比如TLS 1.0版本。如果浏览器与服务器支持的版本不一致，服务器关闭加密通信。

2. 一个服务器生成的随机数，稍后用于生成“对话密钥”。

3. 确认使用的加密方法，比如RSA公钥加密。

4. 服务器证书。

除了上面这些信息，如果服务器需要确认客户端的身份，就会再包含一项请求，要求客户端提供“客户端证书”。比如，金融机构往往只允许认证客户连入自己的网络，就会向正式客户提供USB密钥，里面就包含了一张客户端证书。

客户端回应

客户端收到服务器回应以后，首先验证服务器证书。如果证书不是可信机构颁发，或者证书中的域名与实际域名不一致，或者证书已经过期，就会向访问者显示一个警告，由其选择是否还要继续通信。

如果证书没有问题，客户端就会从证书中取出服务器的公钥。然后，向服务器发送下面三项消息。

1. 一个随机数。该随机数用服务器公钥加密，防止被窃听。

2. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。

3. 客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项通常也是前面发送的所有内容的hash值，用来供服务器校验。

上面第一项随机数，是整个握手阶段出现的第三个随机数，又称“pre-master key”。有了它以后，客户端和服务器就同时有了三个随机数，接着双方就用事先商定的加密方法，各自生成本次会话所用的同一把“会话密钥”。

服务器的最后回应

服务器收到客户端的第三个随机数pre-master key之后，计算生成本次会话所用的“会话密钥”。然后，向客户端最后发送下面信息。

1. 编码改变通知，表示随后的信息都将用双方商定的加密方法和密钥发送。

2. 服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时也是前面发生的所有内容的hash值，用来供客户端校验。

握手结束

至此，整个握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的HTTP协议，只不过用“会话密钥”加密内容。

服务器基于Nginx搭建HTTPS虚拟站点

之前一篇文章详细介绍了在服务器端如何生成SSL证书，并基于Nginx搭建HTTPS服务器，链接：Nginx搭建HTTPS服务器。

这里我基于自己的PC搭建了一个测试HTTPS站点，访问https://192.168.1.106/hello.php程序能够返回“Hello World”字符串，接下来，我就讲解一下如果在Android中建立HTTPS通信。

Android实现HTTPS通信

由于各种原因吧，这里使用HttpClicent类讲解一下Android如何建立HTTPS连接。代码demo如下。

MainActivity.java

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1. package com.example.photocrop;  
2.   
3. import java.io.BufferedReader;  
4. import java.io.InputStreamReader;  
5.   
6. import org.apache.http.HttpResponse;  
7. import org.apache.http.HttpStatus;  
8. import org.apache.http.StatusLine;  
9. import org.apache.http.client.HttpClient;  
10. import org.apache.http.client.methods.HttpPost;  
11. import org.apache.http.client.methods.HttpUriRequest;  
12.   
13. import android.app.Activity;  
14. import android.os.AsyncTask;  
15. import android.os.Bundle;  
16. import android.os.AsyncTask.Status;  
17. import android.text.TextUtils;  
18. import android.util.Log;  
19. import android.view.View;  
20. import android.widget.Button;  
21. import android.widget.TextView;  
22.   
23. public class MainActivity extends Activity {  
24.     private Button httpsButton;  
25.     private TextView conTextView;  
26.   
27.     private CreateHttpsConnTask httpsTask;  
28.   
29.     @Override  
30.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
31.         super.onCreate(savedInstanceState);  
32.         setContentView(R.layout.activity_main);  
33.   
34.         httpsButton = (Button) findViewById(R.id.create_https_button);  
35.         httpsButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {  
36.   
37.             @Override  
38.             public void onClick(View v) {  
39.                 runHttpsConnection();  
40.             }  
41.         });  
42.   
43.         conTextView = (TextView) findViewById(R.id.content_textview);  
44.         conTextView.setText("初始为空");  
45.     }  
46.   
47.     private void runHttpsConnection() {  
48.         if (httpsTask == null || httpsTask.getStatus() == Status.FINISHED) {  
49.             httpsTask = new CreateHttpsConnTask();  
50.             httpsTask.execute();  
51.         }  
52.     }  
53.   
54.     private class CreateHttpsConnTask extends AsyncTask<Void, Void, Void> {  
55.         private static final String HTTPS_EXAMPLE_URL = "自定义";  
56.         private StringBuffer sBuffer = new StringBuffer();  
57.   
58.         @Override  
59.         protected Void doInBackground(Void... params) {  
60.             HttpUriRequest request = new HttpPost(HTTPS_EXAMPLE_URL);  
61.             HttpClient httpClient = HttpUtils.getHttpsClient();  
62.             try {  
63.                 HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(request);  
64.                 if (httpResponse != null) {  
65.                     StatusLine statusLine = httpResponse.getStatusLine();  
66.                     if (statusLine != null  
67.                             && statusLine.getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK) {  
68.                         BufferedReader reader = null;  
69.                         try {  
70.                             reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(  
71.                                     httpResponse.getEntity().getContent(),  
72.                                     "UTF-8"));  
73.                             String line = null;  
74.                             while ((line = reader.readLine()) != null) {  
75.                                 sBuffer.append(line);  
76.                             }  
77.   
78.                         } catch (Exception e) {  
79.                             Log.e("https", e.getMessage());  
80.                         } finally {  
81.                             if (reader != null) {  
82.                                 reader.close();  
83.                                 reader = null;  
84.                             }  
85.                         }  
86.                     }  
87.                 }  
88.   
89.             } catch (Exception e) {  
90.                 Log.e("https", e.getMessage());  
91.             } finally {  
92.   
93.             }  
94.   
95.             return null;  
96.         }  
97.   
98.         @Override  
99.         protected void onPostExecute(Void result) {  
100.             if (!TextUtils.isEmpty(sBuffer.toString())) {  
101.                 conTextView.setText(sBuffer.toString());  
102.             }  
103.         }  
104.   
105.     }  
106. }  

HttpUtils.java

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1. package com.example.photocrop;  
2.   
3. import org.apache.http.HttpVersion;  
4. import org.apache.http.client.HttpClient;  
5. import org.apache.http.conn.ClientConnectionManager;  
6. import org.apache.http.conn.scheme.PlainSocketFactory;  
7. import org.apache.http.conn.scheme.Scheme;  
8. import org.apache.http.conn.scheme.SchemeRegistry;  
9. import org.apache.http.conn.ssl.SSLSocketFactory;  
10. import org.apache.http.impl.client.DefaultHttpClient;  
11. import org.apache.http.impl.conn.tsccm.ThreadSafeClientConnManager;  
12. import org.apache.http.params.BasicHttpParams;  
13. import org.apache.http.params.HttpProtocolParams;  
14. import org.apache.http.protocol.HTTP;  
15.   
16. import android.content.Context;  
17.   
18.   
19. public class HttpUtils {  
20.     public static HttpClient getHttpsClient() {  
21. <span style="white-space:pre">        </span>HttpClient mHttpsClient = new DefaultHttpClient();  
22. <span style="white-space:pre">        </span>SSLSocketFactory mSSLSocketFactory =  SSLSocketFactory.getSocketFactory();  
23. <span style="white-space:pre">        </span>if (mSSLSocketFactory != null) {  
24. <span style="white-space:pre">            </span>Scheme mScheme = new Scheme("https", mSSLSocketFactory, 443);  
25. <span style="white-space:pre">            </span>mHttpsClient.getConnectionManager().getSchemeRegistry().register(mScheme);  
26. <span style="white-space:pre">        </span>}  
27. <span style="white-space:pre">        </span>return mHttpsClient;  
28.     }  
29. }  

activity_main.xml

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1. <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"  
2.     xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"  
3.     android:layout_width="match_parent"  
4.     android:layout_height="match_parent"  
5.     android:orientation="vertical">  
6.   
7.     <Button  
8.         android:id="@+id/create_https_button"  
9.         android:layout_width="match_parent"  
10.         android:layout_height="wrap_content"  
11.         android:text="@string/hello_world"  
12.         android:textSize="16sp" />  
13.   
14.     <TextView  
15.         android:id="@+id/content_textview"  
16.         android:layout_width="match_parent"  
17.         android:layout_height="wrap_content"  
18.         android:gravity="center"  
19.         android:textSize="16sp" />  
20.   
21. </LinearLayout>  

Android使用DefaultHttpClient建立HTTPS连接，关键需要加入对HTTPS的支持：

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1. schReg.register(new Scheme("https", SSLSocketFactory.getSocketFactory(), 443));  

加入对HTTPS的支持，就可以有效的建立HTTPS连接了，例如“https://www.google.com.hk”了，但是访问自己基于Nginx搭建的HTTPS服务器却不行，因为它使用了不被系统承认的自定义证书，会报出如下问题：No peer certificate。

使用自定义证书并忽略验证的HTTPS连接方式

解决证书不被系统承认的方法，就是跳过系统校验。要跳过系统校验，就不能再使用系统标准的SSL SocketFactory了，需要自定义一个。然后为了在这个自定义SSL SocketFactory里跳过校验，还需要自定义一个TrustManager，在其中忽略所有校验，即TrustAll。

MySSLSocketFactory.java实现代码如下：

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1. package com.example.photocrop;  
2.   
3. import java.io.IOException;  
4. import java.net.Socket;  
5. import java.net.UnknownHostException;  
6. import java.security.KeyManagementException;  
7. import java.security.KeyStore;  
8. import java.security.KeyStoreException;  
9. import java.security.NoSuchAlgorithmException;  
10. import java.security.UnrecoverableKeyException;  
11. import java.security.cert.CertificateException;  
12. import java.security.cert.X509Certificate;  
13.   
14. import javax.net.ssl.SSLContext;  
15. import javax.net.ssl.TrustManager;  
16. import javax.net.ssl.X509TrustManager;  
17. import org.apache.http.conn.ssl.SSLSocketFactory;  
18.   
19. public class MySSLSocketFactory extends SSLSocketFactory {  
20.     SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");  
21.   
22.     public MySSLSocketFactory(KeyStore truststore)  
23.             throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException,  
24.             KeyStoreException, UnrecoverableKeyException {  
25.         super(truststore);  
26.         TrustManager tm = new X509TrustManager() {  
27.   
28.             @Override  
29.             public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {  
30.                 return null;  
31.             }  
32.   
33.             @Override  
34.             public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain,  
35.                     String authType) throws CertificateException {  
36.   
37.             }  
38.   
39.             @Override  
40.             public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain,  
41.                     String authType) throws CertificateException {  
42.   
43.             }  
44.         };  
45.   
46.         sslContext.init(null, new TrustManager[] { tm }, null);  
47.     }  
48.   
49.     @Override  
50.     public Socket createSocket() throws IOException {  
51.         return sslContext.getSocketFactory().createSocket();  
52.     }  
53.   
54.     @Override  
55.     public Socket createSocket(Socket socket, String host, int port,  
56.             boolean autoClose) throws IOException, UnknownHostException {  
57.         return sslContext.getSocketFactory().createSocket(socket, host, port,  
58.                 autoClose);  
59.     }  
60.   
61.     public static SSLSocketFactory getSocketFactory() {  
62.         try {  
63.             KeyStore trustStore = KeyStore.getInstance(KeyStore  
64.                     .getDefaultType());  
65.             trustStore.load(null, null);  
66.             SSLSocketFactory factory = new MySSLSocketFactory(trustStore);  
67.             return factory;  
68.         } catch (Exception e) {  
69.             e.getMessage();  
70.             return null;  
71.         }  
72.     }  
73. }  

同时，需要修改DefaultHttpClient的register方法，改为自己构建的sslsocket：

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1. public static HttpClient getCustomClient() {  
2.     BasicHttpParams params = new BasicHttpParams();  
3.     HttpProtocolParams.setVersion(params, HttpVersion.HTTP_1_1);  
4.     HttpProtocolParams.setContentCharset(params, HTTP.DEFAULT_CONTENT_CHARSET);  
5.     HttpProtocolParams.setUseExpectContinue(params, true);  
6.       
7.     SchemeRegistry schReg = new SchemeRegistry();  
8.     schReg.register(new Scheme("http", PlainSocketFactory.getSocketFactory(), 80));  
9.     schReg.register(new Scheme("https", MySSLSocketFactory.getSocketFactory(), 443));  
10.       
11.     ClientConnectionManager connMgr = new ThreadSafeClientConnManager(params, schReg);  
12.       
13.     return new DefaultHttpClient(connMgr, params);  
14. }  

这样就可以成功的访问自己构建的基于Nginx的HTTPS虚拟站点了。

缺陷：

不过，虽然这个方案使用了HTTPS，客户端和服务器端的通信内容得到了加密，嗅探程序无法得到传输的内容，但是无法抵挡“中间人攻击”。例如，在内网配置一个DNS，把目标服务器域名解析到本地的一个地址，然后在这个地址上使用一个中间服务器作为代理，它使用一个假的证书与客户端通讯，然后再由这个代理服务器作为客户端连接到实际的服务器，用真的证书与服务器通讯。这样所有的通讯内容都会经过这个代理，而客户端不会感知，这是由于客户端不校验服务器公钥证书导致的。

使用自定义证书建立HTTPS连接

为了防止上面方案可能导致的“中间人攻击”，我们可以下载服务器端公钥证书，然后将公钥证书编译到Android应用中，由应用自己来验证证书。

生成KeyStore

要验证自定义证书，首先要把证书编译到应用中，这需要使用keytool工具生产KeyStore文件。这里的证书就是指目标服务器的公钥，可以从web服务器配置的.crt文件或.pem文件获得。同时，你需要配置bouncycastle，我下载的是bcprov-jdk16-145.jar，至于配置大家自行google就好了。

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1. keytool -importcert -v -trustcacerts -alias example -file www.example.com.crt -keystore example.bks -storetype BKS -providerclass org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider -providerpath /home/wzy/Downloads/java/jdk1.7.0_60/jre/lib/ext/bcprov-jdk16-145.jar -storepass pw123456  

运行后将显示证书内容并提示你是否确认，输入Y回车即可。

生产KeyStore文件成功后，将其放在app应用的res/raw目录下即可。

使用自定义KeyStore实现连接

思路和TrushAll差不多，也是需要一个自定义的SSLSokcetFactory，不过因为还需要验证证书，因此不需要自定义TrustManager了。

[java] view plain copy

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1. package com.example.photocrop;  
2.   
3. import java.io.IOException;  
4. import java.io.InputStream;  
5. import java.security.KeyManagementException;  
6. import java.security.KeyStore;  
7. import java.security.KeyStoreException;  
8. import java.security.NoSuchAlgorithmException;  
9. import java.security.UnrecoverableKeyException;  
10.   
11. import org.apache.http.conn.ssl.SSLSocketFactory;  
12.   
13. import android.content.Context;  
14.   
15. public class CustomerSocketFactory extends SSLSocketFactory {  
16.   
17.     private static final String PASSWD = "pw123456";  
18.   
19.     public CustomerSocketFactory(KeyStore truststore)  
20.             throws NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException,  
21.             KeyStoreException, UnrecoverableKeyException {  
22.         super(truststore);  
23.     }  
24.   
25.     public static SSLSocketFactory getSocketFactory(Context context) {  
26.         InputStream input = null;  
27.         try {  
28.             input = context.getResources().openRawResource(R.raw.example);  
29.             KeyStore trustStore = KeyStore.getInstance(KeyStore  
30.                     .getDefaultType());  
31.   
32.             trustStore.load(input, PASSWD.toCharArray());  
33.   
34.             SSLSocketFactory factory = new CustomerSocketFactory(trustStore);  
35.   
36.             return factory;  
37.         } catch (Exception e) {  
38.             e.printStackTrace();  
39.             return null;  
40.         } finally {  
41.             if (input != null) {  
42.                 try {  
43.                     input.close();  
44.                 } catch (IOException e) {  
45.                     e.printStackTrace();  
46.                 }  
47.                 input = null;  
48.             }  
49.         }  
50.     }  
51.   
52. }  

同时，需要修改DefaultHttpClient的register方法，改为自己构建的sslsocket：

[java] view plain copy

 print?

1. public static HttpClient getSpecialKeyStoreClient(Context context) {  
2.     BasicHttpParams params = new BasicHttpParams();  
3.     HttpProtocolParams.setVersion(params, HttpVersion.HTTP_1_1);  
4.     HttpProtocolParams.setContentCharset(params, HTTP.DEFAULT_CONTENT_CHARSET);  
5.     HttpProtocolParams.setUseExpectContinue(params, true);  
6.       
7.     SchemeRegistry schReg = new SchemeRegistry();  
8.     schReg.register(new Scheme("http", PlainSocketFactory.getSocketFactory(), 80));  
9.     schReg.register(new Scheme("https", CustomerSocketFactory.getSocketFactory(context), 443));  
10.       
11.     ClientConnectionManager connMgr = new ThreadSafeClientConnManager(params, schReg);  
12.       
13.     return new DefaultHttpClient(connMgr, params);  
14. }  

参考文献

[1] http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html