A. 一文弄懂關於證書,簽名,ssl,android包簽名機制。
所有的概念都基於一個非常重要的基礎:
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、軟硬體系統、證書機構CA、注冊機構RA、證書發布系統和PKI應用等。
我們關注就倆東西: PKCS 證書機構CA 。前者是定義加密演算法,簽名,證書相關的各種事情採用的協議。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一組公鑰密碼學標准,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一系列相關協議。RSA演算法可以做加密、解密、簽名、驗證,還有RSA的密鑰對存儲。這些都需要標准來規范,如何輸入,如何輸出,如何存儲等。
PKCS。全稱是公鑰密碼學標准, 目前共發布過 15 個標准,這些標准都是協議。總結一下 就是對加密演算法,簽名,證書協議的描述。下面列舉一些常用的協議,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)
其中涉及到演算法的基礎協議PKCS#1等,由於涉及到密碼學原理所以我們並不需要深究它,只要知道怎麼做就可以了。
現實中我們要解決這樣一種情況:
客戶端和伺服器之間的數據要進行加密。需要兩個達成同一個對稱秘鑰加密才行,那麼這個秘鑰如何生成,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。
還有這樣一個問題:
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。否則就我可能進了一個假網站。
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,一是驗證身份,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。 其實還順手做了一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一種在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。
一般的證書都是x509格式證書,這是一種標準的證書,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演算法, 發行者名稱,有效期, 公鑰演算法,公鑰,簽名(證書原文以及原文hash一起簽名)而這個內容以及格式 都是標准化的,即x509格式 是一種標準的格式。
簽名: 就用私鑰對一段數據進行加密,得到的密文。 這一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。就像身份證一樣, 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演算法 :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演算法具有不可逆性,無法從摘要中恢復出任何的原始消息。長度總是固定的。MD5演算法摘要的消息有128個比特位,SHA-1演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定義的規范)後向ca機構申請。 或者自己直接通過生成私鑰就可以一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。
那麼為了體現到 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:伺服器公鑰,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公鑰解密網站發給你的證書中的簽名。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,問你是否信任這個證書,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:
如果你信任該證書的話,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,那麼之前就已經通過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,兩者比對一致的話,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。
那麼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,伺服器握手結束通知(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。
總共的過程是 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 對稱秘鑰發給伺服器。伺服器檢查真實性和完整性。
4.服務端返回握手結束通知,客戶端再檢查一次真實性和完整性。
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起到一個權威中間人的角色,如果脫離了ca, 那麼證書還是證書,還能加密,保證數據完整性。 但是無法應用在客戶端去認定伺服器身份合法這個場景下。
下面就詳細說下 脫離了ca簽發的證書的應用:
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你簽發身份證。 那麼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,而是假設第一次碰到這個證書,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一個證書,那麼就是非法的。
這種情況常用於android中安裝和校驗app的時候,會先假設第一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一個身份。 如果證書不同,也就是該包被另一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)是否一致,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 後續的上傳和第一次上傳時的證書,以及類似上述的後續的一系列校驗。防止合法的開發者平台被盜後,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。這個證書是證書庫里最初的那個證書(x509格式),而不是對apk簽名後生成的證書(PKCS#7)。一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)進行一次簽名。
第三方平台會記錄 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。
第三方平台之所以需要用戶去提交證書指紋sha1值,多了這一步,就意味著你的證書是可以更換的,一旦更換了證書,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, 一旦你的證書的私鑰丟了, 那就必須重新建一個新的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伺服器身份。 在自簽名證書下,需要用戶選擇是否信任該證書。
在android app採用自簽名證書的場景下, 證書起到了 假設第一次的證書合法,公鑰合法,後續如果證書不一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提供了製作證書的工具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一條一條(採用別名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參數加一個證書或證書鏈到信任證書。
android中一般都採用讀取證書庫的方式,通過證書庫來創建一個證書,通過alias來區分。 所以在簽名的時候,一個alias是一個證書,不同的alias是不同的證書,不要搞錯了。
幾個關系:
證書和非對稱加密演算法的關系:
證書代表一個身份的主體,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,把非對稱加密演算法從加密的功能,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演算法的特性。
ssl協議和證書的關系。
因為證書解決了客戶端對伺服器的身份認證(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。
B. 如何在Android設備上安裝可信CA證書
方法一:
Android 4.0 已經支持用戶安裝根證書了,只需要將根證書放到sdcard根目錄,然後到設置(Settings) – 安全(Security) – 從存儲設備安裝(Install from storage)就可以了,但是這樣安裝需要設置鎖屏PIN或密碼才可以。
但是,該操作需要每次打開手機輸入鎖屏PIN或密碼,為用戶帶來很大的麻煩。
方法二:(注意:需要Root 許可權才可以)
手機獲取Root許可權後,直接把Base64文本格式的根證書文件復制到etc/security/cacerts文件夾里,然後到設置(Settings) – 安全(Security) – 受信任的憑據(Trusted credentials)裡面,此時你要安裝的根證書應該會顯示已經安裝好了。這樣安裝之後根證書是作為系統證書使用的,而不是按照方法一安裝方式的用戶證書。
C. android手機如何導入CA證書
1、請先將數字證書文件「******.cer」文件復制到SD卡的根目錄下;
(3)androidca證書擴展閱讀:
CA 也擁有一個證書(內含公鑰和私鑰)。網上的公眾用戶通過驗證 CA 的簽字從而信任 CA ,任何人都可以得到 CA 的證書(含公鑰),用以驗證它所簽發的證書。
如果用戶想得到一份屬於自己的證書,他應先向 CA 提出申請。在 CA 判明申請者的身份後,便為他分配一個公鑰,並且 CA 將該公鑰與申請者的身份信息綁在一起,並為之簽字後,便形成證書發給申請者。
如果一個用戶想鑒別另一個證書的真偽,他就用 CA 的公鑰對那個證書上的簽字進行驗證,一旦驗證通過,該證書就被認為是有效的。證書實際是由證書簽證機關(CA)簽發的對用戶的公鑰的認證。
證書的內容包括:電子簽證機關的信息、公鑰用戶信息、公鑰、權威機構的簽字和有效期等等。目前,證書的格式和驗證方法普遍遵循X.509國際標准。
2019年9月2日,據新疆生產建設兵團自然資源局消息稱:自然資源部新近為新疆兵團本級及13個師市頒發礦業權管理。