Android端HTTPS(含SNI)业务场景"IP直连"方案说明

注意

当前最佳实践文档只针对结合使用时,如何使用HTTPDNS解析出的IP,关于HTTPDNS本身的解析服务,请先查看Android SDK开发指南

背景说明

本文主要介绍HTTPS(含SNI)业务场景下在Android端实现“IP直连”的通用解决方案。如果您是Android开发者,并且以OkHttp作为网络开发框架,由于OkHttp提供了自定义DNS服务接口可以优雅地实现IP直连。其方案相比通用方案更加简单且通用性更强,推荐您参考Android端HTTPDNS+OkHttp接入指南接入HTTPDNS。

HTTPS

发送HTTPS请求首先要进行SSL/TLS握手,握手过程大致如下:

  1. 客户端发起握手请求,携带随机数、支持算法列表等参数。

  2. 服务端收到请求,选择合适的算法,下发公钥证书和随机数。

  3. 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。

  4. 服务端通过私钥获取随机数信息。

  5. 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HTTPDNS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:

  1. 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。

  2. 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HTTPDNS解析域名时,请求URL中的host会被替换成HTTPDNS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。

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:

  1. 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)。

  2. 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HTTPDNS解析域名时,请求URL中的host会被替换成HTTPDNS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。

说明

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。

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。

注意

基于该方案发起网络请求,若报出SSL校验错误,比如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)。

此示例针对HttpURLConnection接口。

try {
    String url = "https://140.205.160.59/?sprefer=sypc00";
    HttpsURLConnection connection = (HttpsURLConnection) new URL(url).openConnection();

    connection.setRequestProperty("Host", "m.taobao.com");
    connection.setHostnameVerifier(new HostnameVerifier() {

/*
 * 关于这个接口的说明,官方有文档描述:
 * This is an extended verification option that implementers can provide.
 * It is to be used during a handshake if the URL's hostname does not match the
 * peer's identification hostname.
 *
 * 使用HTTPDNS后URL里设置的hostname不是远程的主机名(如:m.taobao.com),与证书颁发的域不匹配,
 * Android HttpsURLConnection提供了回调接口让用户来处理这种定制化场景。
 * 在确认HTTPDNS返回的源站IP与Session携带的IP信息一致后,您可以在回调方法中将待验证域名替换为原来的真实域名进行验证。
 *
 */

    @Override
    public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
        return HttpsURLConnection.getDefaultHostnameVerifier().verify("m.taobao.com", session);
        return false;
    }
    });

    connection.connect();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
}

HTTPS场景(SNI)解决方案

HTTPDNS Android Demo中针对HttpsURLConnection接口,提供了在SNI业务场景下使用HTTPDNS的示例代码。

定制SSLSocketFactory,在createSocket时替换为HTTPDNS的IP,并进行SNI/HostNameVerify配置。

class TlsSniSocketFactory extends SSLSocketFactory {
    private final String TAG = TlsSniSocketFactory.class.getSimpleName();
    HostnameVerifier hostnameVerifier = HttpsURLConnection.getDefaultHostnameVerifier();
    private HttpsURLConnection conn;

    public TlsSniSocketFactory(HttpsURLConnection conn) {
        this.conn = conn;
    }

    @Override
    public Socket createSocket() throws IOException {
        return null;
    }

    @Override
    public Socket createSocket(String host, int port) throws IOException, UnknownHostException {
        return null;
    }

    @Override
    public Socket createSocket(String host, int port, InetAddress localHost, int localPort) throws IOException, UnknownHostException {
        return null;
    }

    @Override
    public Socket createSocket(InetAddress host, int port) throws IOException {
        return null;
    }

    @Override
    public Socket createSocket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException {
        return null;
    }

    // TLS layer

    @Override
    public String[] getDefaultCipherSuites() {
        return new String[0];
    }

    @Override
    public String[] getSupportedCipherSuites() {
        return new String[0];
    }

    @Override
    public Socket createSocket(Socket plainSocket, String host, int port, boolean autoClose) throws IOException {
        String peerHost = this.conn.getRequestProperty("Host");
        if (peerHost == null)
            peerHost = host;
        Log.i(TAG, "customized createSocket. host: " + peerHost);
        InetAddress address = plainSocket.getInetAddress();
        if (autoClose) {
            // we don't need the plainSocket
            plainSocket.close();
        }
        // create and connect SSL socket, but don't do hostname/certificate verification yet
        SSLCertificateSocketFactory sslSocketFactory = (SSLCertificateSocketFactory) SSLCertificateSocketFactory.getDefault(0);
        SSLSocket ssl = (SSLSocket) sslSocketFactory.createSocket(address, port);

        // enable TLSv1.1/1.2 if available
        ssl.setEnabledProtocols(ssl.getSupportedProtocols());

        // set up SNI before the handshake
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1) {
            Log.i(TAG, "Setting SNI hostname");
            sslSocketFactory.setHostname(ssl, peerHost);
        } else {
            Log.d(TAG, "No documented SNI support on Android <4.2, trying with reflection");
            try {
                java.lang.reflect.Method setHostnameMethod = ssl.getClass().getMethod("setHostname", String.class);
                setHostnameMethod.invoke(ssl, peerHost);
            } catch (Exception e) {
                Log.w(TAG, "SNI not useable", e);
            }
        }

        // verify hostname and certificate
        SSLSession session = ssl.getSession();

        if (!hostnameVerifier.verify(peerHost, session))
            throw new SSLPeerUnverifiedException("Cannot verify hostname: " + peerHost);

        Log.i(TAG, "Established " + session.getProtocol() + " connection with " + session.getPeerHost() +
                " using " + session.getCipherSuite());

        return ssl;
    }
}

对于需要设置SNI的站点,通常需要重定向请求,示例中也给出了重定向请求的处理方法。

public void recursiveRequest(String path, String reffer) {
    URL url = null;
    try {
        url = new URL(path);
        conn = (HttpsURLConnection) url.openConnection();
        String ip = httpdns.getIpByHostAsync(url.getHost());
        if (ip != null) {
            // 通过HTTPDNS获取IP成功,进行URL替换和HOST头设置
            Log.d(TAG, "Get IP: " + ip + " for host: " + url.getHost() + " from HTTPDNS successfully!");
            String newUrl = path.replaceFirst(url.getHost(), ip);
            conn = (HttpsURLConnection) new URL(newUrl).openConnection();
            // 设置HTTP请求头Host域
            conn.setRequestProperty("Host", url.getHost());
        }
        conn.setConnectTimeout(30000);
        conn.setReadTimeout(30000);
        conn.setInstanceFollowRedirects(false);
        TlsSniSocketFactory sslSocketFactory = new TlsSniSocketFactory(conn);
        conn.setSSLSocketFactory(sslSocketFactory);
        conn.setHostnameVerifier(new HostnameVerifier() {
            /*
             * 关于这个接口的说明,官方有文档描述:
             * This is an extended verification option that implementers can provide.
             * It is to be used during a handshake if the URL's hostname does not match the
             * peer's identification hostname.
             *
             * 使用HTTPDNS后URL里设置的hostname不是远程的主机名(如:m.taobao.com),与证书颁发的域不匹配,
             * Android HttpsURLConnection提供了回调接口让用户来处理这种定制化场景。
             * 在确认HTTPDNS返回的源站IP与Session携带的IP信息一致后,您可以在回调方法中将待验证域名替换为原来的真实域名进行验证。
             *
             */
            @Override
            public boolean verify(String hostname, SSLSession session) {
                String host = conn.getRequestProperty("Host");
                if (null == host) {
                    host = conn.getURL().getHost();
                }
                return HttpsURLConnection.getDefaultHostnameVerifier().verify(host, session);
            }
        });
        int code = conn.getResponseCode();// Network block
        if (needRedirect(code)) {
            //临时重定向和永久重定向location的大小写有区分
            String location = conn.getHeaderField("Location");
            if (location == null) {
                location = conn.getHeaderField("location");
            }
            if (!(location.startsWith("http://") || location
                    .startsWith("https://"))) {
                //某些时候会省略host,只返回后面的path,所以需要补全url
                URL originalUrl = new URL(path);
                location = originalUrl.getProtocol() + "://"
                        + originalUrl.getHost() + location;
            }
            recursiveRequest(location, path);
        } else {
            // redirect finish.
            DataInputStream dis = new DataInputStream(conn.getInputStream());
            int len;
            byte[] buff = new byte[4096];
            StringBuilder response = new StringBuilder();
            while ((len = dis.read(buff)) != -1) {
                response.append(new String(buff, 0, len));
            }
            Log.d(TAG, "Response: " + response.toString());
        }
    } catch (MalformedURLException e) {
        Log.w(TAG, "recursiveRequest MalformedURLException");
    } catch (IOException e) {
        Log.w(TAG, "recursiveRequest IOException");
    } catch (Exception e) {
        Log.w(TAG, "unknow exception");
    } finally {
        if (conn != null) {
            conn.disconnect();
        }
    }
}

private boolean needRedirect(int code) {
    return code >= 300 && code < 400;
}