一张证书引发的噱案

- 引 -

我也没想到在神策数据这大半年能遇到好几次和证书相关的问题。

- 起 -

2021年9月3号，一个新客户接入到我们的 SaaS 系统。在某个环节，我们会给客户发个 HTTPS 请求，没想到竟然遇到了个 SSLHandshakeException:

Caused by: javax.net.ssl.SSLHandshakeException: ... unable to find valid certification path to requested target

在服务器上用 curl 试一把，也报错：

$ curl -v https://some.domain/
CAfile: /etc/pki/tls/certs/ca-bundle.crt
...
curl: (60) Peer's Certificate issuer is not recognized.

但用浏览器打开这个 URL，却是没问题的，这说明问题应该出在我们的服务器端。

- 析 -

我们知道，HTTPS 是靠证书保证通信安全的；但客户端如何保证服务端给的证书是可信的呢？

由于证书总是由某个证书颁发机构（Certificate issuer，或 Certificate Authority，简写成 CA）签发的，如果我们事先将一批可信的证书颁发机构存储在本地，就可以在发起请求的时候判断证书是否可信了。

有时情况会更复杂一些：某些机构不在我们的列表里，但他的证书是由我们信任的某个机构颁发的，我们也认为他是可信的，因此他颁发的证书也是可信的。

于是这就构成了一个信任链，链的末端是「根证书颁发机构」（Root CA），这些机构通常是国际上公认可靠的大型机构，或者国家权威机关背书的机构。

理解了这点，就可以推测，应当是我们服务器上的机构列表没有及时更新；只要把该客户证书的颁发机构加入本地的列表就应该能解决该问题。

- 解 -

再细看上面 curl 命令的输出，有一行 CAfile: /etc/pki/tls/certs/ca-bundle.crt，这就是 curl 使用到的证书颁发机构列表。

以 www.baidu.com 为例，我们可以通过如下命令获取客户证书的信任链：

$ openssl s_client -showcerts -servername server -connect www.baidu.com:443 > cacert.pem

在得到的 cacert.pem 中，我们可以看到如下内容（略作简化)：

Certificate chain
 0 s:/CN=baidu.com
   i:/CN=GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIKQDCCCSigAwIBAgIMEZhyT2Z0o9Yhv76iMA0GCSqGSIb3DQEBCwUAMGYxCzAJ
...(略)...
n3XcFtwQLBY9Iuqh8Mn7vtiv5k2azdGsYhZcFBCBAeUoRhDC
-----END CERTIFICATE-----

 1 s:/CN=GlobalSign Organization Validation CA - SHA256 - G2
   i:/OU=Root CA/CN=GlobalSign Root CA

-----BEGIN CERTIFICATE-----
MIIEaTCCA1GgAwIBAgILBAAAAAABRE7wQkcwDQYJKoZIhvcNAQELBQAwVzELMAkG
...(略)...
K1pp74P1S8SqtCr4fKGxhZSM9AyHDPSsQPhZSZg=
-----END CERTIFICATE-----

...(略)...

可以看到里面有两段用 --BEGIN CERTIFICATE-- 和 --END CERTIFICATE-- 包起来的 base64 编码字符串，这就是被编码为 PEM 格式（Privacy Enhanced Mail）的证书了（有时也会用 .crt 作为扩展名）。

在 BEGIN 前面有一些摘要，可以帮助我们了解证书的内容，比如 s:/CN=baidu.com 表示这个证书的主体（s 即 subject）是 baidu.com（CN 即 common name），i:/CN=GlobalSign 表示它的颁发机构（i 即 issuer）是 GlobalSign。

因此可以看到，这个 cacert.pem 实际上包含了两个证书，一个是百度使用的证书，另一个是颁发该证书的 GlobalSign 这个机构（CA）自己的证书。

通过 curl --cacert cacert.pem https://www.baidu.com 我们可以确认，这个信任链能用来验证 www.baidu.com 的证书（实际上我们只需要里面第二个证书，将第一个证书删除，不影响 curl 的执行）。

回到该客户的情况，我们用相同的方法取得客户证书颁发机构的证书，将它放到 /etc/pki/ca-trust/source/anchors/ 目录，执行 update-ca-trust 将其加入到证书列表中，就可以正常使用 curl 命令来请求了。

FBI WARNING：除非完全明白你在做什么，否则不要直接更新生产系统的 CA 列表（本文的操作步骤是用于验证）；实际操作请交给专业的安全人员执行。

- 然 -

没有「但是」的文章不是好文章。

curl 正常了，但是我们的 Java 代码依然报错，这说明 java 和 curl 使用了不同的 CA 列表。

问题倒是好解决，简单搜索一下，就了解到 jre 的证书是存放在 $JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts 这个文件里，需要使用专门的 keytool 工具来更新它：

$ keytool -import -trustcacerts -file cacert.pem -alias 证书颁发机构的名称 -keystore $JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts

Enter keystore password:  changeit （这是jre自带的默认密码）

Certificate was added to keystore

再次验证，Java 代码就可以正常运行了。

注：如果想要单独验证某个证书，可以这样

1. 先创建一个空的 keyStore（密码为 storePassword）：

   $ keytool -genkeypair -alias boguscert -storepass storePassword -keypass secretPassword -keystore keystore -dname "CN=Developer"
   $ keytool -delete -alias boguscert -storepass storePassword -keystore emptyStore.keystore

2. 添加证书到该 keyStore：

   $ keytool -import -trustcacerts -file cacert.pem -alias 机构名称 -keystore keystore

3. 指定 keyStore 启动 java 程序：

   $ java -Djavax.net.ssl.trustStore=keystore -Djavax.net.ssl.trustStorePassword=storePassword -cp $CLASS_PATH CLASS_NAME

- 劫 -

不巧的是，这周又遇到了一个证书信任的问题，这次是客户的环境向我们的服务器发起请求，报了相同的错误。

有了前车之鉴，上面这些命令执行起来可谓得心应手，但是这次却不灵了。

排查过程比较琐碎，也因为陷入思维定势而走了一些弯路，但其实原因很简单，这里就不卖关子了。

这家客户是一家泛金融类的企业，其生产环境的网络安全级别非常高，不仅有严格的外网访问限制，而且针对所有 https 请求都会默认劫持，用一个自签名证书返回错误信息。

经过与客户沟通，将神策数据的域名添加到白名单后，就不再劫持证书了，问题得以解决。

- 故事 -

讲完了事故，再讲讲故事。

非对称加密、证书、信任链这一系列发明，构成了现在 web 通信安全的基石，很难想象如果没有这些基础设施，现在互联网还能做些什么。

但是这里隐藏了一个大bug：我们凭什么相信本地这些证书颁发机构是可信的？

至少有三种情况会打破这个假设：

1. 本地 CA 列表被污染

可能你的电脑/手机被病毒导入了 CA 证书；或者你自己可能就做过这个事情，比如公司网管要求添加公司的自签名证书，又或者你为了能使用 Charles 来抓 https 请求，导入了它自签名的 Root CA 证书。

2. 机构的私钥泄漏

我没有在公开渠道查到相关的事故（倒是有一个代理商把客户证书的私钥给泄漏了）；如果某个机构的私钥泄漏，这家机构应该离倒闭也不远了。

3. 看起来正经的机构也可能不正经

各国政府控制的 CA 机构大概都干过些「不干净」的事情（至少有这种冲动），有一些被发现了，有一些还没有。出于本文的安全考虑，这里就不展开细节了。此外，「不被政府控制」的那些机构，就一定干净么？说到底，机构总是被所在国管辖的，当遇到政府行政命令的时候，不一定有反抗的能力。

综上，理论上并不存在 100% 可靠的通信安全方案。

如果你的应用对通信安全要求非常严格，连本地的 CA 列表都不相信，可以考虑加入更多的手段来提高通信的安全等级。

简单一点的场景（例如 app 不想被抓包破解协议），可以自己校验服务器的证书（证书指纹，或者自己指定证书颁发机构列表）；要求更高的场景（例如需要访问内部控制系统），可以给客户端颁发证书，浏览器会在请求时提供证书用于校验，感兴趣的话可以参考 这个不太完善的项目。

- 收 -

结尾照例做一个小结：

1. HTTPS 是基于证书链来保证通信安全的；
2. 信任的基石是本地的证书颁发机构（CA）列表；
3. 可以通过向本地列表添加 CA 证书的方式来解决需要信任的证书；
4. 本地的 CA 不一定都是可信的；
5. 可以通过更严格的校验，或者客户端证书来加强通信的安全等级。

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