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@EricaHe 2015-09-28T11:03:25.000000Z 字数 5010 阅读 897

Why Eve and Mallory Love Android: An Analysis of Android SSL (In)Security

论文笔记 SSL

作者：Sascha Fahl, Marian Harbach,Thomas Muders, Matthew Smith,Lars Baumgärtner, Bernd Freisleben

单位：Leibniz University of Hannover, Philipps University of Marburg

Abstract & Introduction

论文主要研究内容包括以下几点：

论文通过对Google Market的13500个流行免费应用进行了静态分析，并根据结果从中挑选了100个进行人工审计，其结果可总结如下：

Background

1. SSL

基本的认证检查包含以下四个部分：

  1. 证书的common name是否与目标主机名相一致
  2. 为证书签名的CA是否可信
  3. 签名是否正确
  4. 从时限的角度，证书是否合法

此外，证书是否被撤回以及相应的证书链是否合法都应该被检查，而许多应用都忽视了Certificate Recovation Lists(CRLs)或Online Certificate Status Protocol(OCSP)的使用

2. Android & SSL

Android4.0的发布让应用连接网络变得更加便捷，但也催生了许多问题：

但Android对于SSL处理的灵活性也产生了许多非常棒的特性，例如SSL Pinning。

Evaluating Android SSL Usage

论文对它所调查的13500个应用进行了静态分析（利用MalloDroid，一个他们自己开发的安卓扩展程序），涉及以下几个方面：

1. HTTP vs. HTTPS

MalloDroid提取了254022个URL，从中去除了一些不会拿来传递敏感的用户信息的链接（如图片链接等等）后，还剩下195405个URL，它们分别指向25975个不同的主机，而其中指向1725（6.6%）个不同主机的29685（15.2%）个URL使用了HTTPS。为了研究用HTTP链接的服务器中有多少也可以使用HTTPS建立通信，论文展开了进一步的调查。

调查发现，有39.1%的URL指向的4526（17.4%）个主机可以使用Android默认trust root和当前浏览器验证来建立HTTPS连接，这就意味着在所有经过测试的13500应用中，有73.6%的应用最少只需添加一个s，就可以使用HTTPS。

有6214（46%）个应用同时存在有HTTPS和HTTP，有5810(43.0%)个应用根本没用HTTPS，只有111（0.8%）个应用完全使用了HTTPS。

根据出现次数进行排列，前50个主机中，有34个主机的所有API调用都可以通过HTTPS来进行，但没有一个是只能用HTTPS来访问的。在所有指向这些主机的URL中，有22.1%使用了HTTPS，有61%可以通过将http:// 替换成https:// 来实现HTTPS连接，还有16.9%是因为没有HTTPS才用的HTTP。

下表显示了前十个主机的HTTPS使用情况，可以发现，只有facebook.com和tapjoyads.com的结果是令人满意的。

Table1

2. Deployed SSL Certificates

从所有使用了HTTPS的主机中，总共获得了1887份不同的SSL证书。

从证书本身来说，有162（8.59%）份证书不能通过Android对于SSL证书的默认验证策略，42（2.22%）份证书由于是自签名的而认证失败，还有21（1.11%）份证书过期。

从对于主机名的认证上来说，在Android中有两种不同的验证策略——BrowserCompatHostnameVerifier和StrictHostnameVerifier，有112（5.94%）份证书无法通过后者的验证，而其中有100份连前者也无法通过。

从签发的CA来说，有45（2.38%）份证书找不到合法的证书链，即这些证书是由一些并不是默认信任的CA签发的。

总体而言，有394个应用因此而受到影响。

3. Custom SSL Validation

有1074（17.28%，按所有包含HTTPS链接的app计）个应用不是接受所有证书（790个），就是接受一份合法证书的所有主机名。这就要求使用TrustManager接口或者扩展一下SSLSocketFactory类。

MITMA Study

这部分从金融、商务、通讯、社交和工具类别中选用了100个下载量最大的应用进行人工审查，其中有41个应用存在可利用的漏洞，从而泄露了银行账号信息、PayPal和American Express的支付凭证，还有Facebook、Email和云存储等应用的凭证和消息。

1. Trusting All Certificates

100个应用中有21个应用存在该问题，一张自签名的证书就可以对其实施攻击。

尤其需要注意的是一个通用的在线银行应用，它针对不同的银行使用了不同的TrustManager方案，43家银行中，有24家银行无法抵御中间人攻击。

2. Allowing All Hostnames

有20个应用不考虑域名地接受证书，使用一份毫无关系的合法证书就可以获得各种不同服务的凭据、Email、短信、通讯录等等信息。这里有3个例子：

一个杀毒软件通过有问题的ssl连接获得病毒库，并且不对获得的库进行进一步的检查，从而使得可以通过建立一个空的病毒签名传给该应用，于是这就相当于关闭了它的防御功能；也可以将它自己做成一个病毒签名传给它，然后它会检测到它自己并试图将自己删掉。这个故事告诉我们对于攻击的防御必须是全面且深入的，不能因为有了一层防线，就忽视了进一步的防御。
第二个例子是说有一个提供云分享服务的应用，由于这个原因而泄露了登录凭据，所以尽管通过中间人攻击并不能直接获得分享的数据，但只需要通过获得的登录凭据劫持用户账户，即可以获得所有的用户数据。

3. SSL Stripping

SSL Stripping主要发生在从HTTP转向HTTPS的过程中，在这个过程中攻击者可以将原本是HTTPS的连接转为HTTP，从而获取传输过程中的信息。
这个问题在Android环境中尤为显著，特别是那些使用了webkit.WebView，并且没有使用HTTPS来打开一个浏览会话的应用。
要解决这个问题，一种方法就是强制使用HTTPS，如HSTS中所要求的，或者使用一些工具，如一个叫HTTPS-Everywhere的工具。
然而这些方法都还不存在于Android中，Android的默认浏览器，包括Chrome、FireFox、Opera等等，都没有提供相关的特性或者扩展程序，这可以是未来进一步防护的一个方向。

4. SSL Pinning

尽管Android系统并没有提供SSL Pinning的功能，但由于Android中对于SSL的处理非常灵活可定制，所以开发者可以自行开发出这样的功能，尤其是许多Android应用只需要连接非常有限的一组网站，所以SSL Pinning非常适合在这种情形下使用。
应用可以通过使用自己信任的根证书所构成的一个KeyStore，或者通过使用只信任特定公钥指纹的TrustManager来实现SSL Pinning，从而可以有效地抵御来自被控制的CA的中间人攻击。
在20个之前表现良好的热门应用中，经检测，只有2个使用了SSL Pinning。

5. Missing Feedback

未能抵御中间人攻击的应用中，反馈缺失可以分为以下几种类型：
1. 无论是使用HTTPS还是HTTP都未给出任何提示
2. 用户使用HTTP时没有告诉用户其连接不安全
3. 所给提示信息与实际情况不符

然而即便是成功抵御了中间人攻击的应用，依然在反馈上存在错误，它们并没有意识到自己受到了攻击，从而没能成功为用户提供正确的提示信息，更不用说提醒用户他的连接可能存在潜在的危险（中间人攻击），有些应用甚至直接崩溃了。

Limitations

  1. 倾向于选择流行的应用
  2. 文中所有提及的安装数量仅仅参照了Google Play Market
  3. 在MalloDroid所发现的所有存在问题的应用中，仅检查了100个应用，这并不能说明剩下的所有应用一定都无法抵御中间人攻击
  4. 有些经过混淆的应用难以进行静态分析，所以可能存在一些没有被发现的漏洞
  5. 在人工检查中，比较倾向于检查那些流行的，或者认为存在有敏感数据的应用
  6. 没有对每一个应用都进行完整的测试（比如一些银行应用）

Survey

作者通过在线调查的方式，调查了人们在Android浏览器中对于安全连接的了解，并发现问题如下：

  1. 是否正在使用安全连接？
    对于该问题，在非IT专业人员中，有47.5%的人在使用HTTP时，认为自己的连接是安全的，而即便在曾经受过IT方面教育的人中，也有34.7%的人如此认为。两组人中共有22.4%人无法确定自己的连接是否受到保护。

  2. 为什么这么认为？
    大部分人将链接前缀作为判断依据，而那些无法确定自己是否安全的人中有66.5%承认自己不知道该如何进行判断。在错判的人中，主要有3种原因：（1）使用了可信的提供商；（2）相信自己的手机；（3）认为自己使用了https:// 开头的链接（虽然这并不是真的）。

  3. 有没有看过威胁提示信息？
    大部分参与者没有见过或者不是太确定，在所有人中，有24%的人只看了一部分，还有4.5%的人根本没有看该信息。

  4. 对其危险程度进行评价。
    平均下来大约是2.85（1-5，从低风险到高风险打分）

从上述结果中可以看出，即便是在一个安全措施到位的环境中，依然面临着来自用户的种种问题。

解决措施

解决方案可从3个角度来考虑：
1. 从Android系统的角度
2. 从应用市场的角度
3. 独立的解决方案

1. Android系统

2.应用市场&独立的解决方案

使用MalloDroid来对应用进行检查

结论

  1. 调查了Android中SSL/TLS的使用情况，以及一些良性的应用在使用SSL/TLS进行网络连接时可能产生的安全问题。在100个人工审计的应用中，存在以下问题：许多网站的证书能够被攻击者获取；通过操控下载的病毒签名使得杀毒软件失去效用，甚至能够删除自身；通过一个有缺陷的app-building框架可以实现代码的远程注入和执行。
  2. 网上的调查发现了人们普遍对于安全连接存在困惑，超过一半的人无法正确判断自己是否在使用安全连接。
  3. 提供了一些安全措施来缓解未加密通信和SSL误用的情况，并提供了MalloDroid这一首选方案。
  4. 未来的工作：提供一个MalloDroid的Web App；对于Android应用的开发似乎有必要提供更多的教学，或者一些更加简单而安全的工具；什么样的解决方案才能平衡从用户到开发者，从安全到经济之间的关系，从而被人们所广泛地采纳，还有待进一步的研究。
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