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[24581] 2016-01-04_NSA如何窃听Google的加密流量——当HTTPS遇到CDN

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2016-01-04_NSA如何窃听Google的加密流量——当HTTPS遇到CDN 来 源 ： I n F o r S e c 参 考 原 文 ： h t t p : / / w w w . i n f o r s e c . o r g / w p / ? p = 2 3 0 作 者 ：   段 海 新 N S A   如 何 窃 听   G o o g l e   的 加 密 流 量 — — 当   H T T P S   遇 到   C D N 段 海 新   L i n u x 中 国   2 0 1 6 - 0 1 - 0 4 华 盛 顿 邮 报 曾 根 据 斯 诺 登 泄 露 出 来 的   P P T   报 道 过 美 国 国 家 安 全 局 （ N S A ） 在 云 端 监 听   G o o g l e （ 包 括   G m a i l ） 和   Y a h o o   用 户 的 加 密 通 信 。 然 而 我 们 知 道   G m a i l   是 使 用   T L S   保 护 的 ， N S A   是 如 何 破 解   G o o g l e   的   T L S   加 密 通 信 的 呢 ？ 图 1 .   在 美 国   N S A   和 英 国   G C H Q   联 合 计 划   M U S C U L A R   中 ， N S A   和   G C H Q   绕 过   T L S   加 密 ， 在 云 端 监 听 后 端 的 明 文 通 信 1 .   问 题 分 析 与 测 试 问 题 分 析 与 测 试 目 前 主 流 网 站 都 依 赖   H T T P S （ H T T P   o v e r   T L S / S S L ） 实 现 服 务 器 认 证 、 数 据 加 密 和 完 整 性 保 护 ， 比 如   G o o g l e   几 乎 所 有 应 用 都 在   H T T P S   的 保 护 之 下 。 同 时 ， 主 流 网 站 也 普 遍 使 用 了   C D N （ C o n t e n t   D e l i v e r y   N e t w o r k ） 技 术 （ 虽 然 有 些 互 联 网 公 司 使 用 自 己 开 发 的 类 似 平 台 ， 他 们 并 不 叫 C D N   这 个 名 字 ） ， 用 以 提 高 网 站 的 性 能 、 可 靠 性 和 安 全 性 。 目 前 ， H T T P S   和   C D N   技 术 几 乎 都 已 成 为 商 业 网 站 必 须 的 基 础 服 务 。 然 而 长 期 以 来 ， H T T P S   和   C D N   两 种 技 术 的 设 计 和 发 展 是 独 立 的 ， H T T P S   设 计 之 初 是 一 种 E n d - t o - E n d 端 到 端 的 协 议 ， 而   C D N   却 是 以 M a n   i n   t h e   M i d d l e 中 间 人 的 方 式 工 作 。 原 始 网 站 是 如 何 授 权 给 中 间 的   C D N   厂 商 、 如 何 完 成 浏 览 器   -   C D N   -   原 始 网 站 之 间 的 身 份 认 证 、 秘 钥 交 换 和 数 据 保 护 ， 以 及 如 何 撤 销 这 种 授 权 ， 无 论 学 术 界 还 是 工 业 在 以 前 都 没 有 没 有 系 统 性 的 考 虑 。 我 们 在   O a k l a n d ’ 1 4 （ I E E E   S y m p o s i m   o n   S e c u r i t y   &   P r i v a c y ） 发 表 了 论 文   “ W h e n   H T T P S   M e e t s   C D N :   A   C a s e   o f   A u t h e n t i c a t i o n   i n   D e l e g a t e d S e r v i c e ” ， 首 次 提 出 了   H T T P S   在   C D N   环 境 中 授 权 服 务 的 认 证 问 题 ， 把 两 种 技 术 结 合 在 一 起 进 行 了 系 统 性 的 研 究 。 我 们 调 研 了   A k a m a i 、 C l o u d F l a r e   等 世 界 上 主 流 的 2 0 个   C D N   服 务 商 ， 以 及 一 万 多 个 支 持   H T T P S   的 热 门 网 站 （ 同 时 也 是 上 述 2 0 个   C D N   厂 商 的 客 户 ） ， 揭 示 出 了 当 前   H T T P S   在   C D N   部 署 中 的 许 多 问 题 。 首 先 是   C D N   节 点 和 后 台 源 服 务 器 之 间 的 通 信 很 容 易 受 到 中 间 人 攻 击 。 我 们 测 试 了 5 个   C D N   厂 商 的 后 台 通 信 ， 发 现 尽 管 浏 览 器 到   C D N   节 点 的 通 信 使 用   H T T P S   加 密 ， 有 的 厂 商 使 用 明 文 的   H T T P   与 后 台 服 务 器 进
行 通 信 （ C D N 7 7 、 C D N . N E T ） ； 有 的 厂 商 虽 然 使 用 了   H T T P S ， 却 不 验 证 证 书 的 有 效 性 （ 即 可 以 使 用 自 签 名 的 证 书 伪 造 任 何 网 站 ， 存 在 问 题 的 厂 商 包 括   C l o u d F l a r e   和   I n C a p s u l a ） ； 有 的 厂 商 （ 如   A m a z o n   公 司 的   C l o u d F r o n t ) 虽 然 要 求 合 法 证 书 ， 但 是 却 不 验 证 证 书 的   C o m m o n   N a m e 。 图 2 . 有 些   C D N   的 后 端 通 信 使 用 不 加 密 的   H T T P   进 行 传 输 其 次 是 浏 览 器 和   C D N   节 点 之 间 的 授 权 认 证 问 题 。 我 们 发 现 很 多   C D N   厂 商 要 求 源 网 站 提 交 自 己 的 公 钥 证 书 和 私 钥 ， 这 严 重 破 坏 了   P K I   安 全 信 任 的 基 本 原 则 ， 即 私 钥 必 须 是 严 格 保 密 、 不 能 与 第 三 方 共 享 的 。 尽 管 也 有 替 代 的 方 案 不 要 求 用 户 共 享 私 钥 ， 比 如 使 用 C u s t o m   C e r t i f i c a t e 客 户 证 书 或 者 S h a r e d   C e r t i f i c a t e 共 享 证 书 方 案 ， 但 是 秘 钥 管 理 复 杂 ， 客 户 网 站 无 法 自 主 的 撤 销 自 己 对   C D N   厂 商 的 授 权 ， 作 为 可 信 第 三 方 的   C A   也 没 有 撤 销 体 现 授 权 关 系 的 共 享 证 书 。 具 体 细 节 可 以 参 考 我 们 的 论 文 原 文 和   O a k l a n d   会 上 所 作 报 告 的 演 讲 。 2 .   实 际 攻 击 的 案 例 实 际 攻 击 的 案 例 在 现 实 互 联 网 中 ， 中 国 教 育 和 科 研 网 应 急 响 应 组   C C E R T   在 2 0 1 4 年 初 曾 经 收 到 过 类 似 的 攻 击 报 告 ， A p p l e 苹 果 公 司 使 用 的   C D N   厂 商   A k a m a i   的 某 些 节 点 已 经 受 到 了 类 似 的 攻 击 ， 导 致 苹 果 公 司 源 网 站 上 的   J a v a S c r i p t   页 面 被 替 换 成 了 翻 墙 软 件 自 由 门 的 使 用 手 册 。 我 们 与   A k a m a i   的 技 术 人 员 确 认 过 ， 的 确 是 他 们 的   C D N   节 点 和 后 台 的 服 务 器 之 间 使 用   H T T P   协 议 传 输 ， 导 致 通 信 被 劫 持 ， 某 些   C D N   节 点 的 缓 存 数 据 被 污 染 了 。 本 文 一 开 始 的 问 题 ， 也 是 由 于   H T T P S   在   C D N   实 现 中 的 问 题 所 致 。 根 据 斯 诺 登 泄 露 出 来 的 P P T ， 我 们 知 道 美 国 国 家 安 全 局   N S A   和 英 国 的 情 报 机 构   G C H Q   在 他 们 联 合 计 划   M U S C U L A R   中 ， 他 们 也 使 用 了 类 似 的 技 术 监 听   Y a h o o   和   G o o g l e   的 通 信 ： 由 于 类 似   C D N   的   G F E （ G o o g l e F r o n t   E n g i n e ） 与 提 供 内 容 的 后 台 服 务 器 使 用 了 不 加 密 或 安 全 性 较 弱 的 通 信 协 议 ， N S A   和   G C H Q   可 以 绕 过 浏 览 器 端 和   C D N   之 间 的   T L S ， 在 后 台 直 接 监 听 明 文 的 通 信 。 正 如 图 灵 奖 得 主 、 著 名 密 码 专 家   A .   S h a m i r   所 言 ： “ C r y p t o g r a p h y   i s   t y p i c a l l y   b y p a s s e d ,   n o t   p e n e t r a t e d . ” 3 .   解 决 方 案 解 决 方 案 在 论 文 的 撰 写 过 程 中 ， 我 们 向 涉 及 到 的   C D N   厂 商 都 通 报 了 这 一 问 题 ， 并 和   C l o u d F l a r e 、 A k a m a i   等 公 司 的 技 术 人 员 有 过 多 次 交 流 ， 我 们 所 报 告 的 问 题 得 到 了 所 有 联 系 到 的 厂 商 的 认 可 。 其 中 ， C l o u d F l a r e   公 司 在 得 到 我 们 论 文 后 ， 很 快 推 出 了 更 加 安 全 的 服 务   S t r i c t   S S L ， 并 宣 称 这 一 服 务 可 以 挫 败   N S A   对 后 台 通 信 的 监 听 。 然 而 浏 览 器 和   C D N   前 端 的 授 权 问 题 却 不 只 是 实 现 上 的 问 题 。 为 解 决 这 一   H T T P S   在   C D N   服 务 中 的 授 权 问 题 ， 我 们 在 论 文 中 提 出 并 实 现 了 一 个 基 于   D A N E 的 轻 量 级 的 解 决 方 案 ， D A N E   ( D N S - b a s e d   A u t h e n t i c a t i o n   o f   N a m e d   E n t i t i e s ） 是   I E T F   制 定 的 标 准 ， 以 完 善   W e b   网 站 的   P K I   信 任 模 型 。 我 们 的 实 现 表 明 ， 在   C D N   环 境 下 实 现 安 全 、 高 效 的   H T T P S   通 信 是 可 行 的 ， 但 是 由 于   D N S S e c   和   D A N E   的 部 署 并 不 普 及 ， 这 一 方 案 离 工 业 界 的 普 遍 部 署 还 有 一 定 的 距 离 。 我 们 希 望 推 进   C D N   和 安 全 领 域 中 进 一 步 的 研 究 ， 希 望 有 更 加 有 效 的 解 决 方 案 。 本 文 的 第 一 作 者 梁 锦 津 博 士 还 参 与 了   C l o u d F l a r e   公 司 后 来 的 一 种 解 决 方 案 — — K e y l e s s   S S L 的 开 发 和 测 试 工 作 。 这 一 方 案 不 要 求 客 户 网 站 与 C D N   共 享 私 钥 ， 而 是 在   C D N   在 与 前 端 浏 览 器 进 行   T L S   的 认 证 和 秘 钥 协 商 过 程 中 ， 通 过 安 全 的 信 道 把 协 商 过 程 中 的 信 息 转 发 给 源 网 站 ， 由
来 源 ： I n F o r S e c 参 考 原 文 ： h t t p : / / w w w . i n f o r s e c . o r g / w p / ? p = 2 3 0 作 者 ：   段 海 新 源 网 站 提 取 会 话 秘 钥 或 完 成 签 名 以 后 再 提 交 给   C D N   节 点 。 由 于   T L S   的 通 信 过 程 中 只 有 握 手 过 程 中 才 用 到 私 钥 ， 以 后 的 通 信 过 程 与 源 网 站 无 关 。 清 华 大 学 计 算 机 系 张 道 维 的 本 科 毕 业 设 计 完 成 了   K e y l e s s   S S L   的 的 部 分 实 现 ， 实 现 中 修 改 了   O p e n S S L   和   N g n i x   的 部 分 源 代 码 ， 比 较 复 杂 ， 还 有 很 大 改 进 的 空 间 。 受 本 论 文 的 影 响 ， 互 联 网 标 准 组 织   I E T F   的   C D N   互 联 工 作 组 （ C D N I ） 开 始 讨 论   C D N   及   C D N I   互 联 的 网 络 环 境 中 加 密 流 量 的 授 权 问 题 ， 还 没 有 形 成 最 终 的 解 决 方 案 。 因 为 最 初 的 互 联 网 设 计 原 则 之 一 是 端 到 端 ， 而 今 天 许 多 M i d d l e   B o x 中 间 盒 子 使 得 互 联 网 到 处 都 是 中 间 人 ， 类 似   H T T P S   在 C D N   中 的 问 题 将 普 遍 存 在 ， 许 多 问 题 值 得 我 们 进 一 步 研 究 ， 也 欢 迎 有 兴 趣 的 研 究 者 、 C D N   厂 商 的 技 术 人 员 和 我 们 合 作 研 究 。 作 者 简 介 作 者 简 介 段 海 新 ， 清 华 大 学 网 络 科 学 与 网 络 空 间 研 究 院 研 究 员 ， 网 络 与 信 息 安 全 实 验 室 （ N I S L ） 主 任 ， C C E R T   应 急 响 应 组 负 责 人 ， 加 州 大 学 B e r k e l e y   访 问 学 者 ， B l u e - L o t u s 蓝 莲 花 战 队 联 合 创 始 人 。 长 期 从 事 网 络 安 全 相 关 的 教 学 和 研 究 ， 重 点 关 注   D N S 、 C D N 、 P K I 、 W e b 、 T L S   等 基 础 设 施 和 基 础 协 议 的 安 全 ， 研 究 成 果 发 表 在   O a k l a n d 、 U S E N I X   S e c u r i t y 、 N D S S 、 S I G C O M M   的 学 术 会 议 ， 在 工 业 界 引 起 广 泛 关 注 。 段 海 新 主 页 ： h t t p : / / n e t s e c . c c e r t . e d u . c n / d u a n h x ,   新 浪 微 博 ： h t t p : / / w e i b o . c o m / d u a n h x   。 推 荐 文 章 I D 请 输 入 文 章   I D   直 达 该 文 章 1 5 6 程 序 员 应 该 避 免 的   5   种 代 码 注 释 6 0 0 5 个 有 趣 的 L i n u x 命 令 行 技 巧 8 5 7 十 个 提 升 生 产 力 的   b a s h   技 巧 1 0 2 4 一 些 不 起 眼 但 非 常 有 用 的   V i m   命 令 1 3 2 0 命 令 行 基 础 工 具 的 更 佳 替 代 品 阅 读 原 文
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