okhttp/Retrofit-rxJava加入数字证书支持HTTPS 实现单向及双向验证

心已赠人 2022-06-07 08:38 415阅读 0赞

### ***什么是HTTPS？*** ###

> 简单来说，***HTTPS***就是**“安全版”**的**HTTP**, ***HTTPS = HTTP + SSL***。HTTPS相当于在应用层和TCP层之间加入了一个SSL（或TLS），SSL层对从应用层收到的数据进行加密。***TLS/SSL中使用了RSA非对称加密，对称加密以及HASH算法***。

> ***RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。***

> **SSL**：（Secure Socket Layer，安全套接字层），为Netscape所研发，用以保障在Internet上数据传输之安全，利用数据加密(Encryption)技术，可确保数据在网络上之传输过程中不会被截取。它已被广泛地用于Web浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据传输。SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。  
> **SSL协议可分为两层：  
> SSL记录协议（SSL Record Protocol）：**它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。  
> **SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：**它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。

> **TLS**：(Transport Layer Security，传输层安全协议)，用于两个应用程序之间提供保密性和数据完整性。TLS 1.0是IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组）制定的一种新的协议，它建立在SSL 3.0协议规范之上，是SSL 3.0的后续版本，可以理解为SSL 3.1，它是写入了 RFC的。  
> **该协议由两层组成： TLS 记录协议（TLS Record）和 TLS 握手协议（TLS Handshake）**。

下面我们简单描述下HTTPS的工作原理：

HTTPS在传输数据之前需要客户端（浏览器）与服务端（网站）之间进行一次握手，在握手过程中将确立双方加密传输数据的密码信息。握手过程的简单描述如下：

1.  浏览器将自己支持的一套加密算法、HASH算法发送给网站。
2.  网站从中选出一组加密算法与HASH算法，并将自己的身份信息以证书的形式发回给浏览器。证书里面包含了网站地址，加密公钥，以及证书的颁发机构等信息。
3.  浏览器获得网站证书之后，开始验证证书的合法性，如果证书信任，则生成一串随机数字作为通讯过程中对称加密的秘钥。然后取出证书中的公钥，将这串数字以及HASH的结果进行加密，然后发给网站。
4.  网站接收浏览器发来的数据之后，通过私钥进行解密，然后HASH校验，如果一致，则使用浏览器发来的数字串使加密一段握手消息发给浏览器。
5.  浏览器解密，并HASH校验，没有问题，则握手结束。接下来的传输过程将由之前浏览器生成的随机密码并利用对称加密算法进行加密。

握手过程中如果有任何错误，都会使加密连接断开，从而阻止了隐私信息的传输。

## 进入正文 ##

# HTTPS 单向认证 #

单向验证方法一:简单粗暴,直接信任所有.

public static void init(Context mContext){ 
        context = mContext;
        OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient.Builder()
        .addInterceptor( new AppInterceptor2())//增加App级别的拦截器，可以在较底层处理请求和返回的数据 new AppInterceptor
        .sslSocketFactory(SSLSocketFactoryUtils.createSSLSocketFactory(), SSLSocketFactoryUtils.createTrustAllManager())//信任所有证书
        .hostnameVerifier(new SSLSocketFactoryUtils.TrustAllHostnameVerifier())
        .build();
        
        mRetrofit = new Retrofit.Builder()
        .baseUrl(Constants.BASE)
        .client(okHttpClient)
        .addConverterFactory(GsonConverterFactory.create())
        .build();
        mService = mRetrofit.create(NetworkService.class);
        }

SSLSocketFactoryUtils.java的实现内容:

public class SSLSocketFactoryUtils { 
        /*
        * 默认信任所有的证书
        * todo 最好加上证书认证，主流App都有自己的证书
        * */
        public static SSLSocketFactory createSSLSocketFactory() { 
        SSLSocketFactory sslSocketFactory = null;
        try { 
        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        sslContext.init(null, new TrustManager[]{ createTrustAllManager()}, new SecureRandom());
        sslSocketFactory = sslContext.getSocketFactory();
        } catch (Exception e) { 
        
        }
        return sslSocketFactory;
        }
        
        
        public static X509TrustManager createTrustAllManager() { 
        X509TrustManager tm = null;
        try { 
        tm = new X509TrustManager() { 
        public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)
        throws CertificateException { 
        //do nothing，接受任意客户端证书
        }
        
        public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)
        throws CertificateException { 
        //do nothing，接受任意服务端证书
        }
        
        public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() { 
        return new X509Certificate[0];
        }
        };
        } catch (Exception e) { 
        
        }
        return tm;
        }
        public static class TrustAllHostnameVerifier implements HostnameVerifier{ 
        
        @Override
        public boolean verify(String hostname, SSLSession session) { 
        return true;
        }
        }

单向验证方法二:读取本地证书.

将证书放入raw文件夹下.

中唯一改动的地方就是:

OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient.Builder()
        .addInterceptor( new AppInterceptor2())//增加App级别的拦截器，可以在较底层处理请求和返回的数据 new AppInterceptor
        //.sslSocketFactory(SSLSocketFactoryUtils.createSSLSocketFactory(), SSLSocketFactoryUtils.createTrustAllManager())//信任所有证书
        .sslSocketFactory(SSLSocketFactoryUtils.createSSLSocketFactory(mContext), SSLSocketFactoryUtils.createTrustAllManager())//验证证书
        .hostnameVerifier(new SSLSocketFactoryUtils.TrustAllHostnameVerifier())
        .build();

下面是SSLSocketFactoryUtils的内容:

public class SSLSocketFactoryUtils { 
        /**
        * ---------------------------------------信任所有证书的方法------------------------------------------------------------
        */
        /*
        * 默认信任所有的证书
        * todo 最好加上证书认证，主流App都有自己的证书
        * */
        public static SSLSocketFactory createSSLSocketFactory() { 
        SSLSocketFactory sslSocketFactory = null;
        try { 
        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        sslContext.init(null, new TrustManager[]{ createTrustAllManager()}, new SecureRandom());
        sslSocketFactory = sslContext.getSocketFactory();
        } catch (Exception e) { 
        
        }
        return sslSocketFactory;
        }
        
        
        public static X509TrustManager createTrustAllManager() { 
        X509TrustManager tm = null;
        try { 
        tm = new X509TrustManager() { 
        public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException { 
        //do nothing，接受任意客户端证书
        }
        
        public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) throws CertificateException { 
        //do nothing，接受任意服务端证书
        }
        
        public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() { 
        return new X509Certificate[0];
        }
        };
        } catch (Exception e) { 
        
        }
        return tm;
        }
        
        public static class TrustAllHostnameVerifier implements HostnameVerifier { 
        
        @Override
        public boolean verify(String hostname, SSLSession session) { 
        return true;
        }
        }
        
        
        /**
        * ---------------------------------------验证cer文件的方法------------------------------------------------------------
        */
        //TODO 下面为新
        static int keyServerStroreID = R.raw.yidou_ca;
        
        public static SSLSocketFactory createSSLSocketFactory(Context context) { 
        SSLSocketFactory mSSLSocketFactory = null;
        if (mSSLSocketFactory == null) { 
        synchronized (SSLSocketFactoryUtils.class) { 
        if (mSSLSocketFactory == null) { 
        
        InputStream trustStream = context.getResources().openRawResource(keyServerStroreID);
        SSLContext sslContext;
        try { 
        sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) { 
        Log.e("httpDebug", "createSingleSSLSocketFactory", e);
        return null;
        }
        //获得服务器端证书
        TrustManager[] turstManager = getTurstManager(trustStream);
        
        //初始化ssl证书库
        try { 
        sslContext.init(null, turstManager, new SecureRandom());
        } catch (KeyManagementException e) { 
        Log.e("httpDebug", "createSingleSSLSocketFactory", e);
        }
        
        //获得sslSocketFactory
        mSSLSocketFactory = sslContext.getSocketFactory();
        }
        }
        }
        return mSSLSocketFactory;
        }
        
        /**
        * 获得指定流中的服务器端证书库
        */
        
        public static TrustManager[] getTurstManager(InputStream... certificates) { 
        try { 
        CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
        keyStore.load(null, null);
        int index = 0;
        for (InputStream certificate : certificates) { 
        if (certificate == null) { 
        continue;
        }
        Certificate certificate1;
        try { 
        certificate1 = certificateFactory.generateCertificate(certificate);
        } finally { 
        certificate.close();
        }
        
        String certificateAlias = Integer.toString(index++);
        keyStore.setCertificateEntry(certificateAlias, certificate1);
        }
        
        TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance(TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
        
        trustManagerFactory.init(keyStore);
        return trustManagerFactory.getTrustManagers();
        
        } catch (Exception e) { 
        Log.e("httpDebug", "SSLSocketFactoryUtils", e);
        }
        
        return getTurstAllManager();
        }
        
        /**
        * 获得信任所有服务器端证书库
        */
        public static TrustManager[] getTurstAllManager() { 
        return new X509TrustManager[]{ new MyX509TrustManager()};
        }
        
        public static class MyX509TrustManager implements X509TrustManager { 
        
        public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) { 
        }
        
        public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType) { 
        System.out.println("cert: " + chain[0].toString() + ", authType: " + authType);
        }
        
        public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() { 
        return null;
        }
        }
        }

# HTTPS 双向认证认证 #

## ***证书制作思路：*** ##

首先对于双向证书验证，也就是说，  
**客户端持有服务端的公钥证书，并持有自己的私钥**，**服务端持有客户的公钥证书，并持有自己私钥**，  
**建立连接的时候，客户端利用服务端的公钥证书来验证服务器是否上是目标服务器；服务端利用客户端的公钥来验证客户端是否是目标客户端。（*请参考RSA非对称加密以及HASH校验算法*）**  
服务端给客户端发送数据时，需要将服务端的证书发给客户端验证，验证通过才运行发送数据，同样，客户端请求服务器数据时，也需要将自己的证书发给服务端验证，通过才允许执行请求。

##### *下面我画了一个图，来帮助大家来理解双向认证的过程，证书生成流程，以及各个文件的作用，大家可以对照具体步骤来看* #####

> ***相关格式说明  
> JKS：***数字证书库。**JKS里有KeyEntry和CertEntry，在库里的每个Entry都是靠别名（alias）来识别的。  
> *P12：***是PKCS12的缩写。同样是一个**存储私钥的证书库**，由**.jks**文件导出的，用户在PC平台安装，**用于标示用户的身份**。  
> ***CER：***俗称数字证书，**目的就是用于存储公钥证书**，任何人都可以获取这个文件 。  
> ***BKS：***由于Android平台不识别**.keystore**和**.jks**格式的证书库文件，因此Android平台引入一种的证书库格式，BKS。
> 
> ***有些人可能有疑问，为什么Tomcat只有一个server.keystore文件，而客户端需要两个库文件？***  
> 因为有时客户端可能需要访问过个服务，而服务器的证书都不相同，因此客户端需要制作一个**truststore**来存储受信任的服务器的证书列表。因此为了规范创建一个**truststore.jks**用于存储受信任的服务器证书，创建一个**client.jks**来存储客户端自己的私钥。对于只涉及与一个服务端进行双向认证的应用，将**server.cer**导入到**client.jks**中也可。

![Image 1][]

## ***具体步骤如下：*** ##

> 1.生成客户端keystore
> 
>     keytool -genkeypair -alias client -keyalg RSA -validity 3650 -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore client.jks
> 
> 2.生成服务端keystore
> 
>     keytool -genkeypair -alias server -keyalg RSA -validity 3650 -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore server.keystore
>     //注意：CN必须与IP地址匹配，否则需要修改host
> 
> 3.导出客户端证书
> 
>     keytool -export -alias client -file client.cer -keystore client.jks -storepass 123456
> 
> 4.导出服务端证书
> 
>     keytool -export -alias server -file server.cer -keystore server.keystore -storepass 123456
> 
> 5.重点：证书交换
> 
>     将客户端证书导入服务端keystore中，再将服务端证书导入客户端keystore中， 一个keystore可以导入多个证书，生成证书列表。
>     生成客户端信任证书库(由服务端证书生成的证书库)：
>         keytool -import -v -alias server -file server.cer -keystore truststore.jks -storepass 123456 
>     将客户端证书导入到服务器证书库(使得服务器信任客户端证书)：
>         keytool -import -v -alias client -file client.cer -keystore server.keystore -storepass 123456
> 
> 6.生成Android识别的BKS库文件
> 
>     用Portecle工具转成bks格式，最新版本是1.10。
>     下载链接：https://sourceforge.net/projects/portecle/
>     运行protecle.jar将client.jks和truststore.jks分别转换成client.bks和truststore.bks,然后放到android客户端的assert目录下
>     　
>     File -> open Keystore File -> 选择证书库文件 -> 输入密码 -> Tools -> change keystore type -> BKS -> save keystore as -> 保存即可
>     　
>     这个操作很简单，如果不懂可自行百度。
>     　
>     我在Windows下生成BKS的时候会报错失败，后来我换到CentOS用OpenJDK1.7立马成功了，如果在这步失败的同学可以换到Linux或Mac下操作，
>     将生成的BKS拷贝回Windows即可。
> 
> 7.配置Tomcat服务器
> 
>     修改server.xml文件，配置8443端口
>     <Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
>                maxThreads="150" SSLEnabled="true" scheme="https" secure="true"
>                clientAuth="true" sslProtocol="TLS"
>                keystoreFile="${catalina.base}/key/server.keystore" keystorePass="123456"
>                truststoreFile="${catalina.base}/key/server.keystore" truststorePass="123456"/>
>     　
>     备注: - keystoreFile：指定服务器密钥库，可以配置成绝对路径，本例中是在Tomcat目录中创建了一个名为key的文件夹，仅供参考。 
>           - keystorePass：密钥库生成时的密码 
>           - truststoreFile：受信任密钥库，和密钥库相同即可 
>           - truststorePass：受信任密钥库密码
> 
> 8.Android App编写BKS读取创建证书自定义的SSLSocketFactory
> 
>     private final static String CLIENT_PRI_KEY = "client.bks";
>     private final static String TRUSTSTORE_PUB_KEY = "truststore.bks";
>     private final static String CLIENT_BKS_PASSWORD = "123456";
>     private final static String TRUSTSTORE_BKS_PASSWORD = "123456";
>     private final static String KEYSTORE_TYPE = "BKS";
>     private final static String PROTOCOL_TYPE = "TLS";
>     private final static String CERTIFICATE_FORMAT = "X509";
>     　
>     public static SSLSocketFactory getSSLCertifcation(Context context) {
>       SSLSocketFactory sslSocketFactory = null;
>       try {
>         // 服务器端需要验证的客户端证书，其实就是客户端的keystore
>         KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KEYSTORE_TYPE);// 客户端信任的服务器端证书
>         KeyStore trustStore = KeyStore.getInstance(KEYSTORE_TYPE);//读取证书
>         InputStream ksIn = context.getAssets().open(CLIENT_PRI_KEY);
>         InputStream tsIn = context.getAssets().open(TRUSTSTORE_PUB_KEY);//加载证书
>         keyStore.load(ksIn, CLIENT_BKS_PASSWORD.toCharArray());
>         trustStore.load(tsIn, TRUSTSTORE_BKS_PASSWORD.toCharArray());
>         ksIn.close();
>         tsIn.close();
>         //初始化SSLContext
>         SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance(PROTOCOL_TYPE);
>         TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance(CERTIFICATE_FORMAT);
>         KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance(CERTIFICATE_FORMAT);
>         trustManagerFactory.init(trustStore);
>         keyManagerFactory.init(keyStore, CLIENT_BKS_PASSWORD.toCharArray());
>         sslContext.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), trustManagerFactory.getTrustManagers(), null); 
>     　
>         sslSocketFactory = sslContext.getSocketFactory();
>     　
>       } catch (KeyStoreException e) {...}//省略各种异常处理，请自行添加
>       return sslSocketFactory;
>     }
> 
> 9.Android App获取SSLFactory实例进行网络访问
> 
>     private void fetchData() {
>       OkHttpClient okHttpClient = new OkHttpClient.Builder()
>           .sslSocketFactory(SSLHelper.getSSLCertifcation(context))//获取SSLSocketFactory
>           .hostnameVerifier(new UnSafeHostnameVerifier())//添加hostName验证器
>           .build();
>     　
>       Retrofit retrofit = new Retrofit.Builder()
>            .baseUrl("https://10.2.8.56:8443")//填写自己服务器IP
>            .addConverterFactory(GsonConverterFactory.create())//添加 json 转换器
>            .addCallAdapterFactory(RxJavaCallAdapterFactory.create())//添加 RxJava 适配器
>            .client(okHttpClient)
>            .build();
>     　
>       IUser userIntf = retrofit.create(IUser.class);
>       　
>       userIntf.getUser(user.getPhone())
>             .subscribeOn(Schedulers.io())
>             .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread()) 
>             .subscribe(new Subscriber<UserBean>() {
>                     //省略onCompleted、onError、onNext
>             }
>       });
>     }
>     private class UnSafeHostnameVerifier implements HostnameVerifier {
>       @Override
>       public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
>           return true;//自行添加判断逻辑，true->Safe，false->unsafe
>       }
>     }

##  ##

### 10.下面给出SSLContext方式进行SSL认证的客户端代码 ###

try { 
         // 服务器端需要验证的客户端证书，其实就是客户端的keystore 
         KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("BKS"); 
         // 客户端信任的服务器端证书 
         KeyStore trustStore = KeyStore.getInstance("BKS"); 
         
         //读取证书 
         InputStream ksIn = getResources().getAssets().open("client.bks"); 
         InputStream tsIn = getResources().getAssets().open("truststore.bks"); 
         
         //加载证书 
         keyStore.load(ksIn,"123456".toCharArray()); 
         trustStore.load(tsIn,"123456".toCharArray()); 
         IOUtils.close(ksIn); 
         IOUtils.close(tsIn); 
         
         //初始化SSLContext 
         SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS"); 
         TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance("X509"); 
         KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance("X509"); 
         trustManagerFactory.init(trustStore); 
         keyManagerFactory.init(keyStore, "123456".toCharArray()); 
         sslContext.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), trustManagerFactory.getTrustManagers(), null); 
         
         //通过HttpsURLConnection设置链接 
         SSLSocketFactory socketFactory = sslContext.getSocketFactory(); 
         HttpsURLConnection.setDefaultSSLSocketFactory(socketFactory); 
         
         URL connectUrl = new URL(url); 
         HttpsURLConnection conn = (HttpsURLConnection) connectUrl.openConnection(); 
         //设置ip授权认证：如果已经安装该证书，可以不设置，否则需要设置 
         conn.setHostnameVerifier(new HostnameVerifier() { 
         @Override 
         public boolean verify(String hostname, SSLSession session) { 
         return true; 
         } 
         }); 
         
         InputStream inputStream = conn.getInputStream(); 
         String content = getString(inputStream); 
         IOUtils.close(inputStream); 
         showLog(content); 
         
         
         } catch (Exception e) { 
         e.printStackTrace(); 
         }

参考文章:

[Android Https相关完全解析 当OkHttp遇到Https][Android Https_ _OkHttp_Https]

android中https请求的单向认证和双向认证: [http://blog.csdn.net/u011394071/article/details/52880062][http_blog.csdn.net_u011394071_article_details_52880062]

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