JS `HTTP Public Key Pinning` (HPKP) (已弃用) / `Certificate Transparency` (证书透明度)

咳咳，各位观众老爷们，晚上好！欢迎来到“网络安全那些事儿”小讲堂。今天咱们聊点稍微有点“过气网红”气质的东西，但绝对是网络安全领域里闪耀过的星星——HTTP Public Key Pinning (HPKP) 和 Certificate Transparency (证书透明)。

先别急着打哈欠，我知道HPKP已经被弃用了，但这并不妨碍我们从它的失败中学习经验。而Certificate Transparency，简称CT，虽然听起来高大上，但其实它就像一个“阳光下的秘密”，把证书颁发的过程晒出来，让坏人无处遁形。

咱们先从“爱作妖”的HPKP开始说起。

一、HPKP：理想很丰满，现实很骨感

HPKP，全称HTTP Public Key Pinning，翻译过来就是“HTTP公钥固定”。它的核心思想是：网站告诉浏览器，以后访问我的时候，只能信任特定的几个公钥。

1. HPKP的原理：

想象一下，你开了一家包子铺（你的网站），为了防止有人冒充你卖假包子，你给每位顾客发了一张“会员卡”（公钥）。这张卡上印着只有你家包子铺才有的特殊防伪标记。以后顾客来买包子，必须出示这张卡，确认身份无误才能卖给他。

这样一来，即使有人拿了假的会员卡（伪造的证书）想冒充你，浏览器（顾客）也会发现卡上的防伪标记不对，拒绝交易。

2. HPKP的配置：

HPKP通过HTTP头部来配置。服务器在响应头中添加Public-Key-Pins字段，告诉浏览器应该信任哪些公钥。

Public-Key-Pins: pin-sha256="base64-encoded-sha256-hash-of-pinned-key"; max-age=expire-time; includeSubDomains; report-uri="report-url"

pin-sha256: 指定要固定的公钥的SHA256哈希值。你需要把你的证书或者中间证书的公钥提取出来，计算SHA256哈希值，然后进行Base64编码。
max-age: 指定浏览器记住这个pin的时间，单位是秒。通常建议设置为比较长的时间，比如几个月甚至一年。
includeSubDomains: 可选参数，表示该pin也适用于所有子域名。
report-uri: 可选参数，指定一个URL，浏览器如果检测到pin验证失败，会向这个URL发送报告。

举个栗子：

假设你的网站 example.com 使用了Let’s Encrypt颁发的证书。

首先，你需要提取你的证书（或中间证书）的公钥，并计算SHA256哈希值：

openssl x509 -in example.com.crt -pubkey -noout | openssl pkey -pubin -outform der | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64

假设运行结果是："AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="

你还需要一个备用的pin（以防万一你的证书需要更换）：

openssl x509 -in example.com.crt -pubkey -noout | openssl pkey -pubin -outform der | openssl dgst -sha256 -binary | openssl enc -base64

假设运行结果是："BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB="

那么你的HPKP头看起来会是这样：

Public-Key-Pins: pin-sha256="AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="; pin-sha256="BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB="; max-age=5184000; includeSubDomains; report-uri="https://example.com/report"

3. HPKP的问题：

理想很美好，现实很残酷。HPKP虽然能提高安全性，但它的“坑”也很多：

配置错误导致网站瘫痪： 如果配置错了，比如你pin了错误的公钥，或者忘记了备用pin，浏览器就会拒绝访问你的网站。这就像你给顾客发了错误的会员卡，导致他们无法买到包子，包子铺直接关门大吉。
证书轮换困难： 如果你的证书需要更换，你需要提前更新你的HPKP配置，否则浏览器会拒绝新的证书。这就像你要更换会员卡的防伪标记，必须提前通知所有顾客，否则他们会以为你是假包子铺。
难以管理： 对于大型网站来说，管理大量的pin非常困难。
容易被滥用： 恶意攻击者可能会利用HPKP来“锁定”某个网站的公钥，导致合法用户无法访问。

4. HPKP的“死亡”：

由于以上种种原因，HPKP最终被各大浏览器厂商弃用。Chrome在Chrome 67中移除了HPKP支持，Firefox也在Firefox 72中移除了HPKP支持。

5. HPKP的教训：

HPKP的失败告诉我们，安全措施不能过于复杂，否则会适得其反。同时也说明，安全措施需要考虑到易用性和可管理性。

二、Certificate Transparency (CT)：阳光是最好的防腐剂

HPKP失败了，但我们不能因此放弃对HTTPS安全性的追求。Certificate Transparency (CT) 应运而生，它采用了一种更简单、更有效的方式来提高HTTPS的安全性。

1. CT的原理：

CT的核心思想是：将证书颁发的过程公开透明化。所有证书颁发机构 (CA) 颁发的证书都必须记录在公开的、可审计的日志服务器中。

这就像你开了一家银行，所有的存取款记录都必须公开记录在账本上，任何人都可以查阅。这样一来，如果有人伪造银行卡，或者非法转移资金，就会很容易被发现。

2. CT的组成部分：

证书颁发机构 (CA)： 负责颁发证书。
CT日志服务器： 负责存储证书记录。
监控者 (Monitors)： 负责监控CT日志，发现异常情况。
审核者 (Auditors)： 负责审核CT日志的完整性和一致性。

3. CT的工作流程：

网站所有者向CA申请证书。
CA颁发证书后，将证书信息提交给CT日志服务器。
CT日志服务器将证书信息添加到日志中，并返回一个Signed Certificate Timestamp (SCT)。SCT相当于一个“收据”，证明证书已经被记录在日志中。
CA将SCT嵌入到证书中，或者通过其他方式（比如OCSP Stapling）提供给浏览器。
浏览器在验证证书时，会检查SCT是否有效。如果SCT有效，则认为证书是可信的。
监控者和审核者会定期检查CT日志，发现异常情况。

4. SCT的传递方式：

SCT可以通过以下三种方式传递给浏览器：

X.509v3 Extension: SCT直接嵌入到证书的扩展字段中。
TLS Extension: SCT通过TLS握手协议传递。
OCSP Stapling: SCT通过OCSP Stapling传递。

5. CT的好处：

提高安全性： CT可以有效地防止CA颁发未经授权的证书，降低中间人攻击的风险。
增强透明度： CT将证书颁发的过程公开透明化，让所有人都可以监督CA的行为。
促进信任： CT可以增强用户对HTTPS的信任，促进HTTPS的普及。

6. CT的实施：

各大浏览器厂商都要求CA必须支持CT。Chrome从Chrome 69开始，要求所有新颁发的证书都必须符合CT的要求。

7. 如何查看证书的CT信息：

你可以通过Chrome浏览器的开发者工具查看证书的CT信息。

打开Chrome浏览器，访问一个HTTPS网站。
按下F12键，打开开发者工具。
选择 "Security" 选项卡。
点击 "View certificate" 按钮。
在证书详情中，你可以找到 "Certificate Transparency" 相关的 section，查看 SCT 信息。

8. CT的代码示例：

虽然你不能直接用JS代码来“实现”CT（因为CT主要由CA和浏览器实现），但你可以使用JS来验证证书的CT信息。

这里提供一个简单的例子，使用Node.js和node-forge库来解析证书并提取SCT信息：

const forge = require('node-forge');
const fs = require('fs');

// 读取证书文件
const certPem = fs.readFileSync('example.com.crt', 'utf8');

// 解析证书
const cert = forge.pki.certificateFromPem(certPem);

// 获取证书扩展
const extensions = cert.extensions;

// 查找 CT 扩展 (OID: 1.3.6.1.4.1.11129.2.4.2)
const ctExtension = extensions.find(ext => ext.id === '1.3.6.1.4.1.11129.2.4.2');

if (ctExtension) {
  // 解析 Signed Certificate Timestamp List
  const sctListAsn1 = forge.asn1.fromDer(ctExtension.value);

  // 遍历 SCT List
  sctListAsn1.value.forEach(sctAsn1 => {
    // 解析单个 SCT
    const sct = {
      version: sctAsn1.value[0].value,
      logId: forge.util.bytesToHex(sctAsn1.value[1].value),
      timestamp: sctAsn1.value[2].value.toNumber(),
      extensions: forge.util.bytesToHex(sctAsn1.value[3].value),
      signature: {
        algorithm: {
          algorithm: forge.pki.oids[sctAsn1.value[4].value[0].value],
        },
        signature: forge.util.bytesToHex(sctAsn1.value[4].value[1].value),
      },
    };

    console.log('SCT:', sct);
  });
} else {
  console.log('No Certificate Transparency information found in the certificate.');
}

注意：

你需要安装 node-forge 库： npm install node-forge
你需要将 example.com.crt 替换成你的证书文件路径。
这个代码只是一个简单的示例，用于演示如何提取SCT信息。实际应用中，你需要对SCT进行更严格的验证。

9. CT的未来：

CT已经成为HTTPS安全性的重要组成部分。未来，CT将会更加普及，并发挥更大的作用。

三、HPKP vs CT：殊途同归

HPKP和CT的目标都是提高HTTPS的安全性，但它们采用的方式却截然不同。

特性	HPKP	CT
原理	公钥固定	证书透明化
实施者	网站管理员	证书颁发机构 (CA)、浏览器
风险	配置错误导致网站瘫痪	对CA的依赖性较高
易用性	复杂	相对简单
可管理性	差	好
适用场景	理论上适用于所有HTTPS网站	适用于所有HTTPS网站
现状	已弃用	强制要求
核心思想	信任特定的公钥	信任透明的证书颁发过程

HPKP过于复杂和脆弱，最终走向了失败。CT则更加简单、有效，并得到了广泛的应用。

四、总结：

虽然HPKP已经成为了历史，但它给我们留下了深刻的教训。在设计安全措施时，我们不仅要考虑安全性，还要考虑易用性和可管理性。CT的成功则告诉我们，透明化是提高安全性的有效手段。

希望今天的讲座能让你对HPKP和CT有一个更深入的了解。记住，网络安全之路，任重道远，需要我们不断学习和探索。

下课！

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