iOS 防 DNS 污染方案调研--- HTTPS(非SNI) 业务场景

2021-10-23 03:30:30

1. 背景说明

本文主要介绍 HTTPS(含SNI) 业务场景下在 iOS 端实现 “IP直连” 的通用解决方案。

1.1 HTTPS

发送 HTTPS 请求首先要进行 SSL/TLS 握手，握手过程大致如下：

客户端发起握手请求，携带随机数、支持算法列表等参数。
服务端收到请求，选择合适的算法，下发公钥证书和随机数。
客户端对服务端证书进行校验，并发送随机数信息，该信息使用公钥加密。
服务端通过私钥获取随机数信息。
双方根据以上交互的信息生成session ticket，用作该连接后续数据传输的加密密钥。

上述过程中，和“IP直连”有关的是第3步，客户端需要验证服务端下发的证书，验证过程有以下两个要点：

客户端用本地保存的根证书解开证书链，确认服务端下发的证书是由可信任的机构颁发的。
客户端需要检查证书的 domain 域和扩展域，看是否包含本次请求的 host。

如果上述两点都校验通过，就证明当前的服务端是可信任的，否则就是不可信任，应当中断当前连接。

当客户端使用“IP直连”解析域名时，请求URL中的host会被替换成解析出来的IP，所以在证书验证的第2步，会出现domain不匹配的情况，导致SSL/TLS握手不成功。

1.2 SNI

SNI（Server Name Indication）是为了解决一个服务器使用多个域名和证书的SSL/TLS扩展。它的工作原理如下：

在连接到服务器建立SSL链接之前先发送要访问站点的域名（Hostname）。
服务器根据这个域名返回一个合适的证书。

目前，大多数操作系统和浏览器都已经很好地支持SNI扩展，OpenSSL 0.9.8也已经内置这一功能。

上述过程中，当客户端使用“IP直连”时，请求URL中的host会被替换成解析出来的IP，导致服务器获取到的域名为解析后的IP，无法找到匹配的证书，只能返回默认的证书或者不返回，所以会出现SSL/TLS握手不成功的错误。

比如当你需要通过 HTTPS 访问 CDN 资源时，CDN 的站点往往服务了很多的域名，所以需要通过SNI指定具体的域名证书进行通信。

2. HTTPS场景（非SNI）解决方案

针对“domain不匹配”问题，可以采用如下方案解决：hook 证书校验过程中第2步，将IP直接替换成原来的域名，再执行证书验证。该方案与使用“自定义证书”进行 HTTPS 请求的校验方案一样。

【注意】基于该方案发起网络请求，若报出SSL校验错误，比如 iOS 系统报错kCFStreamErrorDomainSSL, -9813; The certificate for this server is invalid，Android系统报错System.err: javax.net.ssl.SSLHandshakeException: java.security.cert.CertPathValidatorException: Trust anchor for certification path not found.，请检查应用场景是否为SNI（单IP多HTTPS域名）。

下面分别列出 iOS 平台的示例代码。

iOS示例

此示例针对NSURLSession/NSURLConnection接口。

- (BOOL)evaluateServerTrust:(SecTrustRef)serverTrust
                  forDomain:(NSString *)domain
{
    /*
     * 创建证书校验策略
     */
    NSMutableArray *policies = [NSMutableArray array];
    if (domain) {
        [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateSSL(true, (__bridge CFStringRef)domain)];
    } else {
        [policies addObject:(__bridge_transfer id)SecPolicyCreateBasicX509()];
    }
    
    /*
     * 绑定校验策略到服务端的证书上
     */
    SecTrustSetPolicies(serverTrust, (__bridge CFArrayRef)policies);
    
    
    /*
     * 评估当前serverTrust是否可信任，
     * 官方建议在result = kSecTrustResultUnspecified 或 kSecTrustResultProceed
     * 的情况下serverTrust可以被验证通过，https://developer.apple.com/library/ios/technotes/tn2232/_index.html
     * 关于SecTrustResultType的详细信息请参考SecTrust.h
     */
    SecTrustResultType result;
    SecTrustEvaluate(serverTrust, &result);
    
    return (result == kSecTrustResultUnspecified || result == kSecTrustResultProceed);
}

/*
 * NSURLConnection
 */
- (void)connection:(NSURLConnection *)connection
willSendRequestForAuthenticationChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge
{
    if (!challenge) {
        return;
    }
    
    /*
     * URL里面的host在使用“IP直连”的情况下被设置成了IP，此处从HTTP Header中获取真实域名
     */
    NSString* host = [[self.request allHTTPHeaderFields] objectForKey:@"host"];
    if (!host) {
        host = self.request.URL.host;
    }
    
    /*
     * 判断challenge的身份验证方法是否是NSURLAuthenticationMethodServerTrust（HTTPS模式下会进行该身份验证流程），
     * 在没有配置身份验证方法的情况下进行默认的网络请求流程。
     */
    if ([challenge.protectionSpace.authenticationMethod isEqualToString:NSURLAuthenticationMethodServerTrust])
    {
        if ([self evaluateServerTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust forDomain:host]) {
            /*
             * 验证完以后，需要构造一个NSURLCredential发送给发起方
             */
            NSURLCredential *credential = [NSURLCredential credentialForTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust];
            [[challenge sender] useCredential:credential forAuthenticationChallenge:challenge];
        } else {
            /*
             * 验证失败，进入默认处理流程
             */
            [[challenge sender] continueWithoutCredentialForAuthenticationChallenge:challenge];
        }
    } else {
        /*
         * 对于其他验证方法直接进行处理流程
         */
        [[challenge sender] continueWithoutCredentialForAuthenticationChallenge:challenge];
    }
}

////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////

/*
 * NSURLSession
 */
- (void)URLSession:(NSURLSession *)session task:(NSURLSessionTask *)task
didReceiveChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge
 completionHandler:(void (^)(NSURLSessionAuthChallengeDisposition disposition, NSURLCredential * __nullable credential))completionHandler
{
    if (!challenge) {
        return;
    }
    
    NSURLSessionAuthChallengeDisposition disposition = NSURLSessionAuthChallengePerformDefaultHandling;
    NSURLCredential *credential = nil;
    
    /*
     * 获取原始域名信息。
     */
    NSString* host = [[self.request allHTTPHeaderFields] objectForKey:@"host"];
    if (!host) {
        host = self.request.URL.host;
    }
    
    if ([challenge.protectionSpace.authenticationMethod isEqualToString:NSURLAuthenticationMethodServerTrust]) {
        if ([self evaluateServerTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust forDomain:host]) {
            disposition = NSURLSessionAuthChallengeUseCredential;
            credential = [NSURLCredential credentialForTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust];
        } else {
            disposition = NSURLSessionAuthChallengePerformDefaultHandling;
        }
    } else {
        disposition = NSURLSessionAuthChallengePerformDefaultHandling;
    }
    // 对于其他的challenges直接使用默认的验证方案
    completionHandler(disposition,credential);
}

需要修改HOST的场景总结

那么什么时候需要修改Host？

答案是所有情况都需要设置 HOST：做网络请求时，采用 IP 直连的方案会遇到 HOST 字段被改为 IP 的问题，所以都需要手动地配置 HOST 字段。

场景	HTTP	HTTPS（非SNI）	HTTPS（SNI）
如何设置	改Host	改Host，在移动端我们自己校验，直接返回YES	改HOST，而且需要做SNI适配。

虽然 IP 直接连的方案，导致的结果是 HOST 字段被改为了IP，所以需要手动修改HOST。但是服务端唯一的根据是SNI字段。下面就介绍下针对 SNI 场景的方案：

3. HTTPS（SNI）场景方案

3.1 iOS SNI场景

SNI（单IP多HTTPS证书）场景下，iOS上层网络库NSURLConnection/NSURLSession没有提供接口进行SNI字段的配置，因此需要Socket层级的底层网络库例如CFNetwork，来实现IP直连网络请求适配方案。而基于CFNetwork的解决方案需要开发者考虑数据的收发、重定向、解码、缓存等问题（CFNetwork是非常底层的网络实现），希望开发者合理评估该场景的使用风险。
可参考：

具体的实现方案可以参考：《防 DNS 污染方案调研----- SNI 场景》

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