摘要

         通过对SSL握手协议的分析，得知在SSL双向认证握手过程中，客户端需要出示客户端证书以供服务器验证，利用sniffer技术截获网络通信过程中的TCP/IP数据包，通过对TCP/IP数据包的解析，获得客户端证书公钥。

        

关键字：sniffer,SSL 握手协议,TCP/IP, 证书公钥

 

相关工具：

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Ethereal0.99.0下载地址：http://www.newhua.com/soft/3906.htm

 

JPCAP开源组件： JAVA语言虽然在TCP/UDP传输方面给予了良好的定义，但对于网络层以下的控制，却是无能为力的。JPCAP扩展包弥补了这一点。JPCAP实际上并非一个真正去实现对数据链路层的控制，而是一个中间件，JPCAP调用wincap/libpcap，而给JAVA语言提供一个公共 的接口，从而实现了平台无关性。在官方网站上声明，JPCAP支持FreeBSD 3.x, Linux RedHat 6.1, Fedora Core 4, Solaris, and Microsoft Windows 2000/XP等系统。

JPCAP下载地址：http://netresearch.ics.uci.edu/kfujii/jpcap/doc/download.html

 

SSL协议分析

参考文档：http://blog.chinaunix.net/u/6258/showart_156636.html

 

         SSL的握手协议包括如下几个步骤：

Ø         交换Hello信息，协商算法、交换随机数、检查会话重组

Ø         交换允许客户端和服务器端协商预主秘密的必要的密码参数

Ø         交换证书和密码信息，使得客户端和服务器端进行认证

Ø         从预主秘密和给定随机数产生主秘密

Ø         为记录层提供安全参数

Ø         允许客户端和服务器端检测实体是否计算出相同的安全参数，握手是否在没有攻击的情况下发生的

 

 

 

 

 

 

 

 

Client                                Server

      ClientHello                  -------->

                                           ServerHello

                                           Certificate*

                                           ServerKeyExchange*

                                           CertificateRequest*

                                 <--------    ServerHelloDone

      Certificate*

      ClientKeyExchange

      CertificateVerify*

      [ChangeCipherSpec]

      Finished                     -------->

                                           [ChangeCipherSpec]

                                  <--------   Finished

Application Data              <------->   Application Data

图一：完全握手的信息流程

*表示并不一定发送的可选的或者依情况而定的信息

 

红色部分为服务器为双向认证时，服务器会向客户端发送CertificateRequet请求，要求客户端出示证书，客户端接受到CertificateRequet请求后，弹出证书选择列表，用户选择客户端使用证书，点击确定后向服务器发送Certificate，我们所要截获的客户端出示的证书公钥包含在此请求中。

 

SSL记录层协议数据包结构定义如下：

       enum {

           change_cipher_spec(20), alert(21), handshake(22),

           application_data(23), (255)

} ContentType;

 

struct {

        uint8 major, minor;

} ProtocolVersion;

 

    struct {

           ContentType type;

           ProtocolVersion version;

           uint16 length;

           opaque fragment[TLSPlaintext.length];

} TLSPlaintext;

 

 

 

 

 

SSL握手协议数据包结构定义如下：

enum {

hello_request(0), client_hello(1), server_hello(2),

certificate(11), server_key_exchange (12),

certificate_request(13), server_hello_done(14),

certificate_verify(15), client_key_exchange(16),

finished(20), (255)

} HandshakeType;

 

struct {

HandshakeType msg_type;    /* handshake type */

uint24 length;               /* bytes in message */

select (HandshakeType) {

case hello_request:        HelloRequest;

case client_hello:         ClientHello;

case server_hello:         ServerHello;

case certificate:           Certificate;

case server_key_exchange:  ServerKeyExchange;

case certificate_request:    CertificateRequest;

case server_hello_done:    ServerHelloDone;

case certificate_verify:     CertificateVerify;

case client_key_exchange:  ClientKeyExchange;

case finished:            Finished;

} body;

} Handshake;

 

通过以上内容可分析出如下结论：

 

在SSL通信时数据包数据部分

1.       第一位为协议标识位

2.       第二位为SSL协议主版本号

3.       第三为为SSL协议次版本号

4.       第四位和第五位为数据内容长度

5.       后边为具体的协议内容数据包

如果第一位为22则代表当前通信内容为握手协议（handshake(22)）

6.       第六位为握手协议标识位

7.       第七位第八位第九位为数据内容长度

如果第六位为11则代表当前传输的为客户端证书内容（certificate(11)）

8.       第十位第十一位第十二位为证书列表长度

9.       第十三位第十四位第十五位为第一张证书长度

10.   从第十六位开始后开始获取第一张证书，证书内容为从第十六位开始，长度为上一步计算得到的结果；

 

 

通过以下程序可以验证上边结论

 

package cn.com.jit.ums.test;

 

import java.io.IOException;

import cn.com.jit.ida.util.pki.PKIException;

import cn.com.jit.ida.util.pki.cert.X509Cert;

import cn.com.jit.ida.util.pki.encoders.Base64;

import jpcap.JpcapCaptor;

import jpcap.NetworkInterface;

import jpcap.PacketReceiver;

import jpcap.packet.Packet;

import jpcap.packet.TCPPacket;

 

public class SSLReceiver implements PacketReceiver {

    public int receivePost;

 

    public void receivePacket(Packet p) {

       // TODO Auto-generated method stub

       //判断是否时TCP数据包

       if (p instanceof TCPPacket) {

           TCPPacket tcp = (TCPPacket) p;

           //判断端口是否为监听端口

           if (tcp.src_port == receivePost || tcp.dst_port == receivePost) {

              //获取TCP数据包中数据

              byte[] bytes = tcp.data;

              //如果bytes中第一位为22 代表是 握手协议

              //并且第五位是 11 代表是客户端出示的证书

              //则获取客户端证书

              if (bytes != null && bytes.length > 6 && ((int) bytes[0]) == 22 && ((int) bytes[5]) == 11) {

                  StringBuffer buf = new StringBuffer();

                  //将数据转换为16进制处理

                  for (int i = 0, j; i < bytes.length;) {

                     for (j = 0; j < 8 && i < bytes.length; j++, i++) {

                         String d = Integer

                                .toHexString((int) (bytes[i] & 0xff));

                         buf.append((d.length() == 1 ? "0" + d : d) + " ");

                         if (bytes[i] < 32 || bytes[i] > 126)

                            bytes[i] = 46;

                     }

                  }

                  System.out.println("数据包内容（16进制）："+buf);

                  //将16进制字符串转换为16进制数组

                  String[] data = buf.toString().split(" ");

                  //取得 第 12 13 14 位数据 由16进制转换为10进制 该值为证书长度

                  int certLength = Integer.parseInt(data[12] + data[13]

                         + data[14], 16);

                  //从第15位开始取，把证书内容提取出来

                  StringBuffer certString = new StringBuffer();

                  for (int i = 0; i < certLength; i++) {

                     certString.append(data[i + 15]);

                  }

                  //创建一个字节数据存储证书内容

                  byte[] cert=new byte[certLength];

                  //提取证书内容,将16进制数据转换为字节数组

                  for(int i=0;i<certLength;i++){

                     String tempstr=certString.substring(i*2,i*2+2);

                     cert[i]=uniteBytes(tempstr);

                  }

                 

                  System.out.println("证书base64编码："+new String(Base64.encode(cert)));

             

                  try {

                     X509Cert xcert = new X509Cert(cert);

                     System.out.println("证书DN："+xcert.getSubject());

                  } catch (PKIException e) {

                     // TODO Auto-generated catch block

                     e.printStackTrace();

                  }

              }

           }

       }

    }

 

    private static byte uniteBytes(String str) {

       byte[] bs = str.getBytes();

       byte src0 = bs[0];

       byte src1 = bs[1];

       byte _b0 = Byte.decode("0x" + new String(new byte[] { src0 }))

              .byteValue();

       _b0 = (byte) (_b0 << 4);

       byte _b1 = Byte.decode("0x" + new String(new byte[] { src1 }))

              .byteValue();

       byte ret = (byte) (_b0 | _b1);

       return ret;

    }

 

    public int getReceivePost() {

       return receivePost;

    }

 

    public void setReceivePost(int receivePost) {

       this.receivePost = receivePost;

    }

 

    public static void main(String[] args) {      

       try {

           NetworkInterface[] devices = JpcapCaptor.getDeviceList();

           JpcapCaptor jpcap = JpcapCaptor.openDevice(devices[1], 2000, false, 20);

           SSLReceiver sslR=new SSLReceiver();

           //监听的SSL协议的端口号

           sslR.receivePost=443;

           jpcap.loopPacket(-1, sslR);

       } catch (IOException e) {

           // TODO Auto-generated catch block

           e.printStackTrace();

       }

 

    }

}

 

执行后，如果能成功截获客户端证书会在控制台输出

数据包内容（16进制）：16 03 01 04 24 0b 00 03 14 00 03 11 00 03 0e 30 82 03 0a 30 82 02 73 a0 03 02 01 02 02 01 0c 30 0d 06 09 2a 86 48 86 f7 0d 01 01 04 05 00 30 57 31 0b 30 09 06 03 55 04 06 13 02 43 4e 31 0e 30 0c 06 03 55 04 08 13 05 6a 69 6c 69 6e 31 0b 30 09 06 03 55 04 07 13 02 63 63 31 0c 30 0a 06 03 55 04 0a 13 03 6a 69 74 31 0c 30 0a 06 03 55 04 0b 13 03 70 6d 69 31 0f 30 0d 06 03 55 04 03 13 06 4c 6f 6e 67 43 41 30 1e 17 0d 30 34 30 32 30 39 30 34 34 36 30 33 5a 17 0d 31 34 30 32 30 36 30 34 34 36 30 33 5a 30 60 31 0b 30 09 06 03 55 04 06 13 02 43 4e 31 0e 30 0c 06 03 55 04 08 13 05 6a 69 6c 69 6e 31 0b 30 09 06 03 55 04 07 13 02 63 63 31 0c 30 0a 06 03 55 04 0a 13 03 6a 69 74 31 0c 30 0a 06 03 55 04 0b 13 03 70 6d 69 31 18 30 16 06 03 55 04 03 13 0f 41 52 41 41 75 64 69 74 4f 66 66 69 63 65 72 30 81 9f 30 0d 06 09 2a 86 48 86 f7 0d 01 01 01 05 00 03 81 8d 00 30 81 89 02 81 81 00 e1 22 09 c5 25 de dd 9f 93 8b bf 9e e6 63 35 1f 15 2f 59 1c 94 4b 37 18 4f ee 3c e3 9d fc 9d 12 6d fa c3 cb 30 9b ea f9 9b 2d 9e 36 64 56 17 4c 47 c9 81 6d bb 23 59 21 e7 b6 dd a2 5b fb 57 e5 58 83 5c f5 a5 56 c6 9e 8d 19 87 e7 eb eb 16 b0 62 60 cf ae 44 d9 26 fb df 9d 49 ac 8f bb c1 c7 3f 07 88 5f fe 4c db 5b f4 6e 1f e8 52 3d 2a 5c 37 ee 46 11 c5 4e 38 17 aa 91 fa 2c 4a 86 5c 09 02 03 01 00 01 a3 81 dc 30 81 d9 30 09 06 03 55 1d 13 04 02 30 00 30 2c 06 09 60 86 48 01 86 f8 42 01 0d 04 1f 16 1d 4f 70 65 6e 53 53 4c 20 47 65 6e 65 72 61 74 65 64 20 43 65 72 74 69 66 69 63 61 74 65 30 1d 06 03 55 1d 0e 04 16 04 14 2d 5b c6 78 61 a7 ee ab 51 c1 1c 48 26 81 7b d7 71 39 d4 a7 30 7f 06 03 55 1d 23 04 78 30 76 80 14 eb 4c ce f4 f9 9e ed 09 c3 fa 22 d8 5c eb ec 30 d5 52 00 ee a1 5b a4 59 30 57 31 0b 30 09 06 03 55 04 06 13 02 43 4e 31 0e 30 0c 06 03 55 04 08 13 05 6a 69 6c 69 6e 31 0b 30 09 06 03 55 04 07 13 02 63 63 31 0c 30 0a 06 03 55 04 0a 13 03 6a 69 74 31 0c 30 0a 06 03 55 04 0b 13 03 70 6d 69 31 0f 30 0d 06 03 55 04 03 13 06 4c 6f 6e 67 43 41 82 01 00 30 0d 06 09 2a 86 48 86 f7 0d 01 01 04 05 00 03 81 81 00 84 c1 2c 8f 44 d4 60 53 2b 42 5f d2 73 b4 77 77 f1 b3 e5 94 ce a6 8b ec a0 0a de 15 3e 14 28 e4 a7 af d2 a7 a2 8a 08 d8 9e 70 1e 18 35 5f 6f f9 61 d8 f4 ca ea e9 ec cd 5c 13 8d 14 de 36 4c 8e 81 05 d8 95 f5 63 cd f1 9b de 0d e5 2e 82 4c 62 1c 30 89 a3 14 28 8f 51 20 76 0c d1 d4 a8 1c d2 6f c6 90 66 c4 c6 69 61 dd 07 6f 22 2c 14 8b 85 9f 6e 1e 6c 6e 4a 6b 05 23 3b a8 be cd b1 24 19 10 00 00 82 00 80 c2 fd 38 02 08 0c c9 7e da 61 c6 11 1b fa a7 8f 82 e9 98 83 3d 49 bb aa e8 68 63 39 d5 5c 0f e8 5a 7b bf 58 83 92 a6 11 2b ac ca 38 67 19 cf a0 8f 39 53 6a 97 64 8d b4 02 3e dc 96 10 1e 03 57 9a f3 56 82 59 f4 53 77 76 b9 0b f3 51 14 61 a9 b0 08 c7 65 b7 02 82 62 40 c5 19 e7 fd b4 90 04 a9 ab 86 5b b1 c0 31 2a 06 2f c4 9a be 55 f4 76 e8 f4 55 4a 31 cc 0f e6 91 d3 ef f5 d0 e3 32 8c 0f 00 00 82 00 80 30 30 99 95 15 05 ec 0f c9 37 2c 23 8d 50 f3 b1 fb 5d e9 9b f5 35 5d 22 94 67 57 d2 85 ef 2b 1f 7d 01 8c 81 60 d3 d4 ac 12 41 d7 a9 99 e3 5b 7f a2 ff a2 88 56 40 6d 3b c2 8c 59 59 3d 66 f4 ff 83 28 bd 08 f5 e4 a6 65 a4 8e 7b b0 75 60 e8 93 4a e7 a5 95 8c 7c a3 c2 d3 d0 88 c7 ce cb d1 31 2d f5 95 a7 fe 8a 6e 54 86 78 4a d6 eb 41 43 c0 83 d2 c6 50 1d 7a c6 3e db 69 b1 f0 c4 b8 ef 3d 14 03 01 00 01 01 16 03 01 00 20 72 2a a1 7a 2f 9a 45 05 5b 50 bd 22 75 63 c6 ec 54 98 61 81 b4 7f e2 3a c4 e6 d9 06 b5 20 8d a5

证书base64编码：MIIDCjCCAnOgAwIBAgIBDDANBgkqhkiG9w0BAQQFADBXMQswCQYDVQQGEwJDTjEOMAwGA1UECBMFamlsaW4xCzAJBgNVBAcTAmNjMQwwCgYDVQQKEwNqaXQxDDAKBgNVBAsTA3BtaTEPMA0GA1UEAxMGTG9uZ0NBMB4XDTA0MDIwOTA0NDYwM1oXDTE0MDIwNjA0NDYwM1owYDELMAkGA1UEBhMCQ04xDjAMBgNVBAgTBWppbGluMQswCQYDVQQHEwJjYzEMMAoGA1UEChMDaml0MQwwCgYDVQQLEwNwbWkxGDAWBgNVBAMTD0FSQUF1ZGl0T2ZmaWNlcjCBnzANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOBjQAwgYkCgYEA4SIJxSXe3Z+Ti7+e5mM1HxUvWRyUSzcYT+484538nRJt+sPLMJvq+ZstnjZkVhdMR8mBbbsjWSHntt2iW/tX5ViDXPWlVsaejRmH5+vrFrBiYM+uRNkm+9+dSayPu8HHPweIX/5M21v0bh/oUj0qXDfuRhHFTjgXqpH6LEqGXAkCAwEAAaOB3DCB2TAJBgNVHRMEAjAAMCwGCWCGSAGG+EIBDQQfFh1PcGVuU1NMIEdlbmVyYXRlZCBDZXJ0aWZpY2F0ZTAdBgNVHQ4EFgQULVvGeGGn7qtRwRxIJoF713E51KcwfwYDVR0jBHgwdoAU60zO9Pme7QnD+iLYXOvsMNVSAO6hW6RZMFcxCzAJBgNVBAYTAkNOMQ4wDAYDVQQIEwVqaWxpbjELMAkGA1UEBxMCY2MxDDAKBgNVBAoTA2ppdDEMMAoGA1UECxMDcG1pMQ8wDQYDVQQDEwZMb25nQ0GCAQAwDQYJKoZIhvcNAQEEBQADgYEAhMEsj0TUYFMrQl/Sc7R3d/Gz5ZTOpovsoAreFT4UKOSnr9KnoooI2J5wHhg1X2/5Ydj0yurp7M1cE40U3jZMjoEF2JX1Y83xm94N5S6CTGIcMImjFCiPUSB2DNHUqBzSb8aQZsTGaWHdB28iLBSLhZ9uHmxuSmsFIzuovs2xJBk=

证书DN：CN=ARAAuditOfficer,OU=pmi,O=jit,L=cc,ST=jilin,C=CN

 

结论：利用JPCAP截获网络通信过程中的TCP/IP数据包，通过对TCP/IP数据包的解析，可以获得客户端证书公钥。

 

注：

1.测试时服务器和客户端必须在两台主机上运行，否则通讯不出网卡，无法截获通讯数据

2.目前测试仅在TOMCAT，IIS服务上运行，没有在其他服务上测试过

3.该测试目前仅能结果TOMCAT服务上的SSL通讯的客户端证书公钥，无法截获IIS服务上SSL通讯的客户端证书公钥，IIS服务上如何截获还在进一步钻研中。