车载双向认证框架设计

最近工作需要，手写了一个双向认证库，可以用在Java、Android上，不限于PC/手机、车载平台。首先我们来看看双向认证的原理机框架设计思路，最后会给出下载链接大家可以体验或者源码参考。
因为可以和FlexNet网络库（参考我写的网络库：文章链接）搭配使用，所以这里我也称之为Flex双向认证。

原理

Flex双向认证是基于标准的HTTPS进行的安全认证。在说 双向认证 之前，我们需要了解标准的HTTPS；要了解HTTPS我们先要了解 HTTP，因为 HTTP是 HTTPS通讯的基础。

HTTP（HyperText Transport Protocol）超文本传输协议，它用于传输客户端和服务器端的数据。

HTTP标准交互流程

不难看出HTTP使用很简单也很方便，但却存在以下 3 个致命问题：

  • 使用明文通讯，内容可以被窃听。
  • 不验证通讯方的真实身份，可能会遭到伪装。
  • 无法证明报文的完整性，很容易被篡改。

HTTPS通信

HTTPS是针对以上问题在HTTP 协议的基础上添加了加密机制 的通信方案。根据需求，主要分为单向认证和双向认证。

单向认证

单向认证的过程，客户端对服务器端下发的服务器端公钥证书进行验证，然后建立安全通信通道。

双向认证

双向通信流程，客户端除了需要对服务器端下发的服务器公钥证书进行验证外，还需要把客户端的公钥证书上传到服务器端给服务器端进行验证。等双方都认证通过了，才开始建立安全通信通道进行数据传输。

Flex双向认证

Flex库选取了安全性更高的双向认证方案。并进一步对证书安全性进行了处理。

资源配置

APP需要从车机端获取到对应的证书，才能进行双向认证下一步的逻辑。

统一的SSLLib

为了避免各个APP都需要单独去开发一套双向认证的方案，现实现了一套Flex双向认证工具库。

获取车机资源进行认证

构建双向认证需要的对象HttpsUtils.buildSSL，此方法是异步回调，一定要等到回调才能进行双向认证的后续逻辑。

    /*** 构建ssl认证* 如果是在Application中调用，需要注意配置在主进程中使用，防止多进程导致异常** @param ctx 获取车机端内置资源需要使用context* @param callback 回调双向认证所需要的资源,为null表示构建失败* */private fun buildCarSSL() {HttpsUtils.buildSSL(this) {mCarParams = itLog.e("SSL", "buildCarSSL:${it == null}")}}

在OKHTTP中配置双向认证

    /*** 创建默认的OkHttpClient* 和服务器协 信息* */private fun buildOkHttpClient(): OkHttpClient {val clientBuilder = OkHttpClient.Builder()// 构建的双向认证对象 SSLParamsif (MainActivity. mCarParams != null) {val ssl = MainActivity. mCarParams !!clientBuilder.sslSocketFactory(ssl.sslSocketFactory, ssl.trustManager)}//不校验host；如果需要检验host，可以针对自己需要调用的服务器进行hostname比对clientBuilder.hostnameVerifier { hostname, session -> true }mInterceptors.forEach {clientBuilder.addInterceptor(it)}if (BuildConfig.DEBUG) {//打印调试日志val httpLoggingInterceptor = HttpLoggingInterceptor()httpLoggingInterceptor.level = HttpLoggingInterceptor.Level.BODYclientBuilder.addInterceptor(httpLoggingInterceptor)}clientBuilder.connectTimeout(OkHttpConst.CONNECT_TIME, TimeUnit.SECONDS)clientBuilder.readTimeout(OkHttpConst.READ_TIME, TimeUnit.SECONDS)return clientBuilder.build()}
自定义资源进行认证

构建双向认证需要的对象SSLUtils.getDoubleSslFactory。

    /***  TODO: demo调试的证书配置，对应的服务器是demo的测试云端；如果需要自己进行测试，需要使用自己的云端配置和修改*  @see LocalSSLApiStore.baseUrl* */private fun buildLocalSSL() {val caIs = assets.open("ca-cert.pem")val clientPfxIs = assets.open("client.p12")val clientPsd = "hbzq253503125"//        mSSLParams = SSLUtils.getSingleSslFactory(//            arrayOf(caIs)//        )//双向认证mSSLParams = SSLUtils.getDoubleSslFactory(arrayOf(caIs),clientPfxIs, clientPsd)}

Q&A

对出现问题时的排查和原因的归纳，如需要看出Lib库的日志，请配置SSLLogUtils#init。

CODE码对照表
CODE码(详见SSLConst类)值/int意义
CODE_SUC0构建成功
CODE_DUPLICATION1~~重复获取 ~~在v1.3.0以及之后，此错误码不会再存在
CODE_OVERTIME2获取超时
CODE_PKI_ERROR3获取PKI资源异常，一般是rom有问题
CODE_CERTS_ERROR4获取证书异常，一般是证书不存在；也可能是由于获取证书时user unlocked；还可能是PKIAutoInstall没有检验到你应用的包名，已检测证书存在且已和rom申请白名单或system权限，一般是rom的PKIAutoInstall没有检验到你应用的包名，需要使用push~~推送应用并重启设备 ~~，使用install安装的应用，重启车机触发ROM的权限和包名校验，即可获取成功
CODE_THREAD_ERROR5HttpsUtils.buildSSL调用的线程不是主线程在v1.5.0以及之后，此错误码不会再存在
CODE_CONTEXT_ERROR6当通过context获取应用的application失败时，会回调此错误码

出现以上错误码，见问题排查。

问题排查

HttpsUtils.buildSSL返回null，排查问题，确认台架或车辆是否包含证书的步骤。

  1. 是否系统应用，aar版本( <=v1.1.0)仅支持系统应用；如果是系统应用的方式获取，无法确定自己的应用是否是系统应用，需要和@秦金川 确认，申请系统应用权限也是和其协商。

image.png

  1. 车机或者台架证书是否刷入成功;

  1. 获取证书要在user unlock之后
  2. 白名单方案获取证书，一定要确认自己的应用已经申请了白名单，可以向@裴峥 进行确认（如需要新增也是向其申请）； 且验证的rom >=W48D6

  1. 应用是否在当前ROM的白名单中，可以在第一次刷入证书之后，收集日志查看 PKIAutoInstall关键字TAG，看是否有自己的包名

oktb时已加入白名单的应用清单

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><resources><array name="grantPackage"><item>com.here.hnod.elise.elise_navigation</item><item>com.abupdate.ota</item><item>com.example.manual</item></array></resources>
  1. 是否在应用的Manifest文件中添加了权限，只有是JAR接入才需要自己配置
<uses-permission android:name="com.ecarx.security.READ_CA_CERTIFICATE" />

如果按照以上步骤排查之后，还无法正常获取证书，查看 ISSUE

常见问题
  • 引入AAR或Maven依赖后，提示Module was compiled with an incompatible version of Kotlin

这个是由于lib开发的kotlin版本为1.7.10，项目引入的 id 'org.jetbrains.kotlin.android' version '1.6.20' 版本低于1.7.10就会导致lint检测无法通过，需要升级kotlin版本。

如果不想进行升级，可以配置lint忽略检测：（不推荐使用此方法）

lintOptions {

checkReleaseBuilds false

abortOnError false

}

  • 调用HttpsUtils.buildSSL提示权限相关问题

确认调试的应用是否进行了系统签名，一般是签名校验不通过导致权限无法获取

  • 请求提示 Chain validation failed或检验服务器证书不对

首先确认服务器是否配置了双向认证的对应证书，其次查看日志中的台架或实车时间是否正确。

此问题在服务器配置正确的情况，都是由于车机或台架的时间异常导致

  • 请求返回客户端证书异常

确认使用的台架或者实车 是否已经刷入了对应证书；且rom****需要是>=2022/9/15的版本

  • 双向认证失败，返回错误获取证书为null

一般是证书刷入失败，如果确认证书刷入成功，确认以下三点：

  1. master和slave版本需要一致

  1. 证书一定要刷在master上

  2. rom和证书需要都是CN或EU

  • 引入双向认证的aar以后，使用车机调试，报javax.netssl.SSLPeerUnverifiedException: Hostname xxx not verifie错误

需要设置clientBuilder.hostnameVerifier 验证

  • 测试的RESTful API返回错误

服务器返回的内部错误，预示双向认证已经完成，是服务器接口的内部逻辑问题，询问对应的服务器开发人员即可。

  • SDK正常获取证书之后，请求还是报握手错误

参考通过Wireshark分析TLS协议 抓包确认云端和车机证书是否环境一致

接入相关

集成后实现功能仅需 两步：

获取证书

/*** 构建路特斯的ssl认证* 如果是在Application中调用，需要注意配置在主进程中使用，防止多进程导致异常**  @param ctx 获取车机端内置资源需要使用context*  @param isByWhiteList 是否通过白名单模式获取证书*  @param overtime 配置超时时间，为 SSLMills.MILLS_MIN表示没有超时直到回调成功或失败；* 其它限定在SSLMills的时间，表示此方案需要在指定时间完成操作，否证就会在到达指定时间回调null和指定错误码*  @param listener 回调监听结果 [SSLConst.CODE_SUC] 和 [SSLParams]* */fun buildSSL(ctx: Context,isByWhiteList: Boolean = false,@SSLMills overtime: Long = SSLMills.MILLS_MIN,listener: SSLListener)
对应网络库设置双向认证的配置

存在不同的网络协议，目前暂时给出一些常用的协议的用法

OKHttp

MQTT

WebSocket

排查问题可以开启日志，需要配置SSLLogUtils#init

/*** 在应用的application中配置即可；需要在获取双向认证的配置前调用*  @param ctx 获取集成的应用的包名*  @param enable 是否在控制台输出日式*  @param logAdapter 提供给开发者去使用自定义的日志工具，默认直接使用[DefaultLogAdapter]* */fun init(ctx: Context,enable: Boolean = BuildConfig.DEBUG,logAdapter: ILogAdapter? = DefaultLogAdapter())
简易Demo

使用此lib的简单demo

暂时无法在文档外展示此内容

  • demo提供SSLSocketUtils展示重试获取双向认证配置逻辑
  • demo提供LiveData、EventBus监听双向认证配置获取结果，进行下一步网络请求的逻辑
  • demo提供HostnameVerifierUtils用来对证书中的Host进行严格校验
  • demo展示如何使用SSLLogUtils展示调试日志
混淆配置

以供开发者集成后，以AAR形式提供给第三方使用

-keep class com.max.ssl.SSLUtils {*;}-keep class com.max.ssl.SSLMills {*;}-keep class com.max.ssl.SSLConst {*;}
版本日志

每个release版本的更新log，时间倒叙。

版本发布规则

四位版本号(v1.0.0.0)，Bug修复更新修改最后（左起）的版本号；小版本(不影响接入)修改第三位数；新增方法或参数，修改第二位；第一位版本号修改，只会在方案有大变更的情况才会出现

三位版本号(v1.0.0.0)，Bug修复或小版本(不影响接入)更新修改最后（左起）的版本号；新增方法或参数，修改第二位；第一位版本号修改，只会在方案有大变更的情况才会出现

V1.6.1
  • 统一白名单和系统应用获取证书的逻辑
  • 更新demo的配置信息
Jar
  • 新增直接提供jar包，需要开发者在manifest中自行配置对应的权限和配置
<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" /><uses-permission android:name="com.ecarx.security.READ_CA_CERTIFICATE" />
  • Lib中使用的依赖需要开发者自行导入
implementation 'androidx.annotation:annotation:1.5.0'

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AAR

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V1.6.0

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  • 新增buildSSLAtMaster支持在master soc上获取双向认证证书(目前方案仅支持系统应用和cn/eu车机)
  • 支持自定义日志打印类，lib默认使用Android默认日志工具类实现日志打印
/**** 开发者可以实现此接口后，在[com.max.ssl.SSLLogUtils]设置此对象，来使用自定义的日志实现*/interface ILogAdapter {fun log(@LogLevel logLevel: Int, tag: String, content: String)}
  • demo新增buildMasterSSL方法测试通过master soc获取证书
V1.5.0.1

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  • 增加对低版本ROM的兼容，确保rom<W14D4的情况也能正常获取证书
  • 移除匹配证书异常的兜底方案，直接返回获取失败
V1.5.0.0

> 注意： rom >=W14D4(非RC04版本,需要使用主线版本，如：20.32.20.000001.231661)

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  • 增加对获取证书时的时机的处理，防止获取证书过早导致获取失败
  • 增加校验PKI的前置准备是否完成的逻辑
  • 修改日志库为统一工具库，直接引入aar的开发者需要引入timber
implementation 'com.jakewharton.timber:timber:5.0.1'//版本可以自行指定
V1.4.0.2

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  • 增加对获取证书时的异常处理
V1.4.0.1

暂时无法在文档外展示此内容

  • 修改混淆配置，防止和其他lib库冲突
V1.4.0.0

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  • SSLLogUtils增加init方法，以获取集成的应用包名，便于后续调试
/*** 在应用的application中配置即可；需要在获取双向认证的配置前调用*  @param ctx 获取集成的应用的包名*  @param enable 是否在控制台输出日式* */fun init(ctx: Context, enable: Boolean = BuildConfig.DEBUG) {}
  • HttpsUtils.buildSSL新增overtime参数
/*** 构建路特斯的ssl认证* 如果是在Application中调用，需要注意配置在主进程中使用，防止多进程导致异常**  @param ctx 获取车机端内置资源需要使用context*  @param isByWhiteList 是否通过白名单模式获取证书*  @param overtime 配置超时时间，为 SSLMills.MILLS_MIN表示没有超时直到回调成功或失败；* 其它限定在SSLMills的时间，表示此方案需要在指定时间完成操作，否证就会在到达指定时间回调null和指定错误码*  @param listener 回调监听结果 [SSLConst.CODE_SUC] 和 [SSLParams]* */fun buildSSL(ctx: Context,isByWhiteList: Boolean = false,@SSLMills overtime: Long = SSLMills.MILLS_MIN,listener: SSLListener)
  • 新增错误码SSLConst.CODE_CONTEXT_ERROR，当通过context获取应用的application失败时，会回调此错误码
  • 优化lib结构，将单个构建作为task的一个request，以便于后续扩展
  • 版本号由三位变更为四位，后续Bug修复更新修改最后（左起）的版本号；小版本(不影响接入)修改第三位数；新增方法或参数，修改第二位；第一位版本号修改，只会在方案有大变更的情况才会出现
V1.3.0

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  • 修改HttpsUtils.buildSSL的方法体回调为SSLListener接口回调，让java端不需要引入kotlin的依赖也能集成
//TODO: 白名单方式或者system方案配置按照需求传递；注意一个app不支持同时获取白名单和系统方案的双向认证配置，会以前一次构建成功的为准HttpsUtils.buildSSL(ctx, true, listener = object : SSLListener {override fun callback(code: Int, ssl: SSLParams?) {SSLLogUtils.d(TAG, "buildSSL--code:$code;ssl:$ssl")}})
  • 修改HttpsUtils.buildSSL的构建规则，支持同时多次获取同一个方案的配置，即app只能获取白名单或system方案的双向认证配置；用以支持单个宿主或aar，有多个插件或aar需要实现双向认证功能，但宿主或aar无法控制调用时机的场景。
  • 移除本地资源配置支持
  • demo提供SSLSocketUtils展示重试获取双向认证配置逻辑
  • demo提供LiveData、EventBus监听双向认证配置获取结果，进行下一步网络请求的逻辑
  • HttpsUtils.buildSSL，修改为仅支持主线程调用
  • 新增错误码SSLConst.CODE_THREAD_ERROR，当HttpsUtils.buildSSL方法在非主线程调用时，会回调此错误码
V1.2.1

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  • callback新增错误码回调
  • 将老的callback标记为过时的，待后续版本更新将进行废除
/*** 构建路特斯的ssl认证* 如果是在Application中调用，需要注意配置在主进程中使用，防止多进程导致异常**  @param ctx 获取车机端内置资源需要使用context*  @param overTime 配置超时时间，为 SSLMills.MILLS_MIN表示没有超时直到回调成功或失败；* 其它限定在SSLMills的时间，表示此方案需要在指定时间完成操作，否证就会在到达指定时间回调null,并停止执行*  @param isByWhiteList 是否通过白名单模式获取证书*  @param callbackDeprecated 回调双向认证所需要的资源,为null表示构建失败，在v1.3.0之后已被callback替代*  @param code 错误码*  @see SSLConst.CODE_SUC*  @param ssl 双向认证所需要的资源,为null表示构建失败* */private fun buildSSL(ctx: Context,@SSLMills overTime: Long = SSLMills.MILLS_MIN,isByWhiteList: Boolean = false,callbackDeprecated: ((ssl: SSLParams?) -> Unit)? = null,callback: ((code: Int,ssl: SSLParams?) -> Unit)? = null)
V1.2.0

暂时无法在文档外展示此内容

  • 新增白名单方案
/*** 构建路特斯的ssl认证* 如果是在Application中调用，需要注意配置在主进程中使用，防止多进程导致异常**  @param ctx 获取车机端内置资源需要使用context*  @param overTime 配置超时时间，为 SSLMills.MILLS_MIN表示没有超时直到回调成功或失败；* 其它限定在SSLMills的时间，表示此方案需要在指定时间完成操作，否证就会在到达指定时间回调null,并停止执行*  @param isByWhiteList 是否通过白名单模式获取证书*  @param callback 回调双向认证所需要的资源,为null表示构建失败* */fun buildSSL(ctx: Context,@SSLMills overTime: Long = SSLMills.MILLS_MIN,isByWhiteList: Boolean = false,callback: (ssl: SSLParams?) -> Unit)
  • Demo新增HostnameVerifierUtils用来对证书中的Host进行严格校验
  • 过滤短时间多次调用获取证书方法导致的问题
  • 冗余重载HttpsUtils.buildSSL，以供java端使用时不用填充各个参数
V1.1.0

暂时无法在文档外展示此内容

  • HttpsUtils.buildSSL新增超时时间配置
/*** 构建路特斯的ssl认证* 如果是在Application中调用，需要注意配置在主进程中使用，防止多进程导致异常**  @param ctx 获取车机端内置资源需要使用context*  @param overTime 配置超时时间，为 SSLMills.MILLS_MIN表示没有超时直到回调成功或失败；* 其它限定在SSLMills的时间，表示此方案需要在指定时间完成操作，否证就会在到达指定时间回调null,并停止执行*  @param callback 回调双向认证所需要的资源,为null表示构建失败* */fun buildSSL(ctx: Context,@SSLMills overTime: Long = SSLMills.MILLS_MIN,callback: (ssl: SSLParams?) -> Unit)
  • HttpsUtils.buildSSL修改callback回调线程，指定为UI线程
  • 统一lib日志打印工具为SSLLogUtils，SSLLogUtils.isLogEnable由开发者配置是否打印lib中的日志
  • proguard-rules配置增加保留包名，以防止与开发者的其他依赖混淆冲突
  • 支持本地资源配置
V1.0.0

第一个正式发布的release版本，提供双向认证和自定义双向认证方案。

Maven依赖

首先在项目的根目录下的build.gradle中配置

maven {url "https://nexus-cockpit.lotuscars.com.cn/repository/maven-releases/"}maven {//不使用snapshot版本的情况，不需要引入url "https://nexus-cockpit.lotuscars.com.cn/repository/maven-snapshots/"}

其次在需要使用的module的bulid.gradle配置

implementation "com.lotus.ssl:ssllib:$sslVersion"//配置指定的版本号即可，如1.6.0
ISSUE

首先先按照文档中 Q&A 进行证书问题排查，确认不是车机证书不存在导致的问题；其次按照 常见问题 进行排查，确认不属于已有问题。

最后 提供车机或台架系统版本信息、集成的应用的manifest文件截图、车机或台架查询证书的命令后的执行结果截图，以及开启 lib库的日志（SSLLogUtils中存在开关控制）提供完整日志以供分析。

需要aar包或者源码的朋友，可以在评论区留下联系方式，我会第一时间发给你

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