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HTTPS理论基础及其在Android中的最佳实践
聊聊HTTPS和SSL/TLS协议

理解HTTPS

HTTPS概述

HTTPS是建立在HTTP的基础上，Http是一个网络协议，用于传输内容，我们知道HTTP的通信过程大致如下：

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Http基于4层网络模型：

    ┌────------────┐┌─┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┐
　　│　　　　　　　　││Ｄ│Ｆ│Ｗ│Ｆ│Ｈ│Ｇ│Ｔ│Ｉ│Ｓ│Ｕ│　│
　　│　　　　　　　　││Ｎ│Ｉ│Ｈ│Ｔ│Ｔ│Ｏ│Ｅ│Ｒ│Ｍ│Ｓ│其│
　　│第四层，应用层　││Ｓ│Ｎ│Ｏ│Ｐ│Ｔ│Ｐ│Ｌ│Ｃ│Ｔ│Ｅ│　│
　　│　　　　　　　　││　│Ｇ│Ｉ│　│Ｐ│Ｈ│Ｎ│　│Ｐ│Ｎ│　│
　　│　　　　　　　　││　│Ｅ│Ｓ│　│　│Ｅ│Ｅ│　│　│Ｅ│它│
　　│　　　　　　　　││　│Ｒ│　│　│　│Ｒ│Ｔ│　│　│Ｔ│　│
　　└───────------─┘└─┴─┴─-┴─┴─-┴─┴─-┴─┴─-┴─┴-─┘
　　┌───────-----─┐┌─────────-------┬──--------─────────┐
　　│第三层，传输层　││　　　ＴＣＰ　　　│　　　　ＵＤＰ　　　　│
　　└───────-----─┘└────────-------─┴──────────--------─┘
　　┌───────-----─┐┌───----──┬───---─┬────────-------──┐
　　│　　　　　　　　││　　　　　│ＩＣＭＰ│　　　　　　　　　　│
　　│第二层，网络层　││　　　　　└──---──┘　　　　　　　　　　│
　　│　　　　　　　　││　　　　　　　ＩＰ　　　　　　　　　　　 │
　　└────────-----┘└────────────────────-------------─-┘
　　┌────────-----┐┌─────────-------┬──────--------─────┐
　　│第一层，网络接口││ＡＲＰ／ＲＡＲＰ　│　　　　其它　　　　　│
　　└────────------┘└─────────------┴─────--------──────┘
　　　　　　 TCP/IP四层参考模型

从层级上我们可以发现，应用层产生的数据，直接经由传输层直接传输，存在一个很大的问题，安全性。原本的Http就是传输明文的，数据一经拦截就很容易被别人盗取信息。那怎么解决呢？HTTPS的方法是，对传输的数据进行加密，在应用层和传输层的中间加一层，S层： SSL/TLS，Secure Sockets Layer 安全套接层 / Transport Layer Security 传输层安全协议，这一层使用的主要是 SSL/TLS 技术，这两个协议其实就是安全加密算法的不同：

    ┌────------────┐┌─┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┬─┬─-┐
　　│　　　　　　　　││Ｄ│Ｆ│Ｗ│Ｆ│Ｈ│Ｇ│Ｔ│Ｉ│Ｓ│Ｕ│　│
　　│　　　　　　　　││Ｎ│Ｉ│Ｈ│Ｔ│Ｔ│Ｏ│Ｅ│Ｒ│Ｍ│Ｓ│其│
　　│第四层，应用层　││Ｓ│Ｎ│Ｏ│Ｐ│Ｔ│Ｐ│Ｌ│Ｃ│Ｔ│Ｅ│　│
　　│　　　　　　　　││　│Ｇ│Ｉ│　│Ｐ│Ｈ│Ｎ│　│Ｐ│Ｎ│　│
　　│　　　　　　　　││　│Ｅ│Ｓ│　│　│Ｅ│Ｅ│　│　│Ｅ│它│
　　│　　　　　　　　││　│Ｒ│　│　│　│Ｒ│Ｔ│　│　│Ｔ│　│
　　└───────------─┘└─┴─┴─-┴─┴─-┴─┴─-┴─┴─-┴─┴-─┘

              ┌───────-----─┐
　　          │SSL/TLS    　│　　　　　　　
　　          └───────-----─┘

　　┌───────-----─┐┌─────────-------┬──--------─────────┐
　　│第三层，传输层　││　　　ＴＣＰ　　　│　　　　ＵＤＰ　　　　│
　　└───────-----─┘└────────-------─┴──────────--------─┘
　　┌───────-----─┐┌───----──┬───---─┬────────-------──┐
　　│　　　　　　　　││　　　　　│ＩＣＭＰ│　　　　　　　　　　│
　　│第二层，网络层　││　　　　　└──---──┘　　　　　　　　　　│
　　│　　　　　　　　││　　　　　　　ＩＰ　　　　　　　　　　　 │
　　└────────-----┘└────────────────────-------------─-┘
　　┌────────-----┐┌─────────-------┬──────--------─────┐
　　│第一层，网络接口││ＡＲＰ／ＲＡＲＰ　│　　　　其它　　　　　│
　　└────────------┘└─────────------┴─────--------──────┘
　　　　　　 TCP/IP四层参考模型

对称加密算法

既然加密，那怎么一个规则呢？加密，在我们的理解是这样的：

9.png

用一个密码/密钥，用某种算法对明文进行加密，得到密文，解密也容易：

10.png

像上面这样，用同一个密码/密钥进行加密和解密的，就是对称加密算法，因为其密码/密钥是一样的，所以名曰为对称。但如果HTTPS中使用这种算法的话，就需要通信双方知道密钥，这样就必须在通信的时候，先把密钥发给对方，但这样，黑客若截获这密码，等于没用。

非对称加密算法

“非对称加密技术”，意思就是说：“加密”和“解密”使用不同的密钥。其基本原理，就是大数的因式分解。这里就不展开了，密码学的东西，很神奇。因为有两个不同的密钥，我们命名为公钥和私钥，公钥是可以对外公开的，私钥是自己保管的，用公钥或私钥中的任何一个进行加密，用另一个进行解密。 加密和解密就变成这样：

明文 + 加密算法 + 公钥 => 密文， 
密文 + 解密算法 + 私钥 => 明文 

11.png

或者是这样：

明文 + 加密算法 + 私钥 => 密文， 
密文 + 解密算法 + 公钥 => 明文 

总结来说，两个密钥皆可加密，加密后只有由另一个密钥解密。

HTTPS中加密算法

非对称加密很棒，但是呢，效率不高，速度慢，对称加密虽然安全性不高，但是效率高啊。怎么选择呢？小孩子才做选择，大人全都要。HTTPS结合了两种加密算法的优势，加密解密变成这样：

13.png

这个过程涉及到四个密钥：私钥，公钥，对称加密的Key（这里称为KeyX），公钥加密KeyX后的KeyY。首先客户端会得到服务器发来的公钥，然后，客户端会随机生成一个对称加密用的Key，这里称为KeyX，用KeyX对我们要传输的明文进行对称加密，因为明文可能很多，所以这里用对称加密，就效率高很多，得到对称加密的密文，然后用公钥对KeyX进行非对此加密得到KeyY，然后一并传输密文和KeyY给服务器。想要解释密文，就得先得到KeyX，想要得到KeyX，就得有密钥，完美。所以只能拥有密钥的服务器能得到明文。

具体的HTTPS请求实际可细分为一下步骤：（摘自大神博客）

1. 客户端向服务器发起HTTPS请求，连接到服务器的443端口。
2. 服务器端有一个密钥对，即公钥和私钥，是用来进行非对称加密使用的，服务器端保存着私钥，不能将其泄露，公钥可以发送给任何人。
3. 服务器将自己的公钥发送给客户端。
4. 客户端收到服务器端的公钥之后，会对公钥进行检查，验证其合法性。如果发现发现公钥有问题，那么HTTPS传输就无法继续。严格的说，这里应该是验证服务器发送的数字证书的合法性。如果公钥合格，那么客户端会生成一个随机值，这个随机值就是用于进行对称加密的密钥，我们将该密钥称之为client key，即客户端密钥，这样在概念上和服务器端的密钥容易进行区分。然后用服务器的公钥对客户端密钥进行非对称加密，这样客户端密钥就变成密文了，至此，HTTPS中的第一次HTTP请求结束。
5. 客户端会发起HTTPS中的第二个HTTP请求，将加密之后的客户端密钥发送给服务器。
6. 服务器接收到客户端发来的密文之后，会用自己的私钥对其进行非对称解密，解密之后的明文就是客户端密钥，然后用客户端密钥对数据进行对称加密，这样数据就变成了密文。
7. 然后服务器将加密后的密文发送给客户端。
8. 客户端收到服务器发送来的密文，用客户端密钥对其进行对称解密，得到服务器发送的数据。这样HTTPS中的第二个HTTP请求结束，整个HTTPS传输完成。

数字证书

我们拿到的公钥怎么确保真的是服务器的公钥呢？黑客有可能中途篡改公钥，将其改成黑客自己的。摘个例子：

假设一个镇里面有两个人A和B，A是个富豪，B想向A借钱，但是A和B不熟，怕B借了钱之后不还。这时候B找到了镇长，镇长给B作担保，告诉A说：“B人品不错，不会欠钱不还的，你就放心借给他吧。” A听了这话后，心里想：“镇长是全镇最德高望重的了，他说B没问题的话那就没事了，我就放心了”。 于是A相信B的为人，把钱借给了B。

类似地，公钥需要一个担保人：证书认证中心（Certificate Authority），简称CA。CA本身有一对公钥和私钥，CA会用CA自己的私钥对要进行认证的公钥进行非对称加密，此处待认证的公钥就相当于是明文，加密完之后，得到的密文再加上证书的过期时间、颁发给、颁发者等信息，就组成了数字证书。

Android-Retrofit 配置证书 访问HTTPS

• 首先，如果证书是由CA颁发的或者是CA授权的机构颁发的，直接可以使用，因为Android有CA的根证书，所以默认支持

• 如果是阿里云申请的证书，可能会有一个 pem 证书，需要先转换格式 cer 参考：https://blog.csdn.net/qq_33315813/article/details/73532846，
  关于格式的说明，可以参考 https://blog.csdn.net/qq_30698633/article/details/77895151

• retrofit的写法参考于：https://blog.csdn.net/qq_20521573/article/details/79233793
  https://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/48129405

先把转换后的cer文件放到 R.raw. 下

private SSLContext initCertificates(InputStream... certificates) {
    try {
        CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
        keyStore.load(null);
        int index = 0;
        for (InputStream certificate : certificates) {
            String certificateAlias = Integer.toString(index++);
            keyStore.setCertificateEntry(certificateAlias, certificateFactory.generateCertificate(certificate));
            try {
                if (certificate != null)
                    certificate.close();
            } catch (IOException ignored) { }
        }
        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
        TrustManagerFactory trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance(TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
        trustManagerFactory.init(keyStore);
        sslContext.init(null, trustManagerFactory.getTrustManagers(), new SecureRandom());
        return sslContext;
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        return null;
    }
}

public void init(Context context) {
    InputStream inputStream = context.getResources().openRawResource(R.raw.https);
    sslContext = initCertificates(inputStream);
}

调用：

private HttpsContract getBaseHttpProtocol(SSLContext sslContext, String baseServer) {
    OkHttpClient client=new OkHttpClient.Builder()
            .sslSocketFactory(sslContext.getSocketFactory())
            .hostnameVerifier(new SafeHostnameVerifier())
            .build();
    Retrofit retrofit = new Retrofit.Builder()
            .baseUrl(baseServer)
            .addConverterFactory(ScalarsConverterFactory.create())
            .addCallAdapterFactory(RxJava2CallAdapterFactory.create())
            .client(client)
            .build();
    return retrofit.create(HttpsContract.class);
}