iOS开发基础46-数据安全与HTTPS保护详解
在当今的信息时代，数据安全对于保护用户隐私和敏感信息至关重要。本文将深入探讨数据安全的基本策略，详细解析常用的加密算法及其实现，介绍HTTPS机制及其深层实现原理，并探讨如何通过网络状态监控提升用户体验及防止中间人攻击的技术。
一、数据安全
1. 隐私数据的安全提交
在传输用户隐私数据时，使用正确的HTTP方法至关重要。
- GET请求：所有参数暴露在URL中，这些URL通常会记录在服务器的访问日志中，容易成为黑客攻击的目标。
- POST请求：参数嵌入在请求体中，减少暴露风险。因此对于隐私数据（如登录密码、银行账号等），必须使用POST请求。
然而，此举仅能降低一部分风险，数据仍有可能被代理软件（如Charles）拦截。为了进一步提升安全性，必须对数据进行加密处理。
2. 数据加密
在传输过程中加密用户隐私数据，防止明文传输被拦截是一种必要的措施。常见的加密算法如下：
- MD5（消息摘要算法第5版）
- SHA（安全哈希算法）
- DES（数据加密标准）
- 3DES（三重数据加密算法）
- RC2 和 RC4
- RSA（非对称加密）
- IDEA
- DSA（数字签名算法）
- AES（高级加密标准）
选择合适的加密算法通常依据公司指定的安全方案进行，并严格按接口文档规定实施。
3. MD5 加密
MD5是一种广泛使用的单向哈希函数，用于生成128位（32字符）的散列值。其主要特点包括：
- 不同输入生成不同输出，保证唯一性。
- 输出值不可逆，无法还原原始明文。
尽管MD5被广泛应用于数字签名、文件完整性验证和密码加密等方面，但它并非绝对安全。存在通过MD5解密网站进行破解的风险，如cmd5.com。
4. 提交隐私数据的安全过程
- 注册过程：用户输入明文密码，通过加密算法处理成密文后传输。
- 登录过程：用户输入明文密码，加密后传输，与服务器端存储的密文进行匹配验证。
这样保证用户隐私数据在传输及存储过程中的安全性，减少明文暴露的风险。
5. MD5 改进
由于MD5存在被破解的风险，一些改进措施可以提高其安全性：
- 加盐（Salt）：在明文的固定位置插入随机串，然后进行MD5加密，从而提升破解难度。
- 先加密，后乱序：对明文进行MD5加密后，对生成的MD5串进行字符乱序，以增加破解复杂度。
优化后的MD5加密方案，即便黑客攻破数据库，也无法轻易还原出正确的明文。
二、HTTPS
1. HTTPS 简介
HTTPS（HyperText Transfer Protocol Secure）是HTTP的安全版本，通过在HTTP基础上加入SSL/TLS层，保证数据传输的安全性。HTTPS使用443端口提供加密和身份验证，相较于HTTP的80端口，确保信息传输的绝对安全。
2. HTTPS的历史
HTTPS由网景公司在1994年开发，最初与SSL（安全套接层）一起使用，并内置于Netscape Navigator浏览器中。随着SSL逐渐发展为TLS（传输层安全），HTTPS协议在2000年正式由RFC 2818规范。
3. HTTPS与HTTP的区别
HTTPS在以下方面大幅优于HTTP：
- 证书验证：HTTPS协议需要购买CA（证书颁发机构）签发的证书，保障服务器真实性。
- 数据加密：HTTPS采用SSL/TLS协议对数据进行加密传输，防止数据被拦截和窃取。
- 传输端口：HTTP使用80端口进行明文传输，HTTPS使用443端口进行加密传输。
- 连接方式：HTTPS在HTTP上加入SSL/TLS协议，提供加密传输和身份认证，确保数据安全。
4. HTTPS 实现原理
HTTPS的工作方式比HTTP复杂得多，其通信过程大致如下：
SSL/TLS 握手过程
- 客户端Hello：客户端向服务器发送一个请求，包含客户端支持的SSL/TLS版本、加密算法、随机数等信息。
- 服务器Hello：服务器回应客户端请求，发送SSL/TLS版本、加密算法、随机数等信息和服务器证书。
- 验证证书：客户端通过公钥基础设施（PKI）验证服务器证书的合法性。具体过程是，客户端使用内置的根证书验证服务器证书链中各证书，确保其签名的真实性和有效性。
- 生成会话密钥：客户端生成一个预主密钥（Pre-Master Secret），并使用服务器的公钥加密后发送给服务器。
- 生成主密钥：服务器使用私钥解密预主密钥，然后双方都基于预主密钥和先前发送的随机数生成称为主密钥（Master Secret），用于后续对称加密。
- 密钥交换完成：双方确认握手过程完成，可以安全进行数据传输。
一旦SSL握手完成，后续通信都通过对称加密进行，使用此前生成的主密钥保证数据的完整性和保密性。
数据加密与安全传输
- 对称加密：使用较快的对称加密算法（如AES）进行数据加密，提高传输效率。
- 消息摘要：生成消息摘要（如SHA）确保数据未被篡改。
- 数据完整性：确保数据在传输过程中未被修改。
5. 防止中间人攻击
中间人攻击（MITM, Man-In-The-Middle Attack）是常见的安全威胁，攻击者冒充通信双方截获并篡改数据。HTTPS通过以下方式防止中间人攻击：
- 证书验证：通过CA签发的证书，客户端可以验证服务器的真实身份，防止攻击者冒充服务器。
- 公钥加密：使用非对称加密（如RSA）在初始连接时交换密钥，确保会话密钥即便被截获也无法解密。
- 会话密钥：每个会话生成独立的密钥，防止重放攻击。
三、检测网络状态
1. 检测网络状态的必要性
在网络应用中，实时监控用户设备的网络状态，可以：
- 让用户了解当前网络状况，防止因网络问题引起的误会。
- 根据网络状况智能处理，节省用户流量，提高体验。例如，WIFI和3G下下载高清图片，而在低速网络下仅下载缩略图。
2. 使用Reachability检测网络状态
苹果提供的Reachability示例程序可极大简化网络状态检测过程，实现步骤包括：
- 导入SystemConfiguration框架。
- 导入Reachability源代码。
- 包含头文件
#import "Reachability.h"。
3. Reachability常见用法
通过Reachability类方法判断当前网络状态：
// 是否WIFI
+ (BOOL) IsEnableWIFI {
return ([[Reachability reachabilityForLocalWiFi] currentReachabilityStatus] != NotReachable);
}
// 是否3G
+ (BOOL) IsEnable3G {
return ([[Reachability reachabilityForInternetConnection] currentReachabilityStatus] != NotReachable);
}
4. 网络监控
使用通知中心监听网络状态变化，并进行适当处理：
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(reachabilityChanged:) name:kReachabilityChangedNotification object:nil];
self.netReachability = [Reachability reachabilityForInternetConnection];
[self.netReachability startNotifier];
- (void)dealloc {
[self.netReachability stopNotifier];
[[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self name:kReachabilityChangedNotification object:nil];
}
在收到网络状态变化通知后，通过实现reachabilityChanged:方法进行相应处理：
- (void)reachabilityChanged:(NSNotification *)note {
Reachability* curReach = [note object];
if([curReach currentReachabilityStatus] == NotReachable) {
NSLog(@"Network is not reachable");
} else if ([curReach currentReachabilityStatus] == ReachableViaWiFi) {
NSLog(@"Network is reachable via WiFi");
} else if ([curReach currentReachabilityStatus] == ReachableViaWWAN) {
NSLog(@"Network is reachable via WWAN");
}
}
结论
保护用户隐私和敏感数据是网络应用中的重要任务。通过结合POST请求、合理加密方案（如MD5及其改进）、HTTPS协议及其深层实现原理（包括证书验证、数据加密和防止中间人攻击的机制）、以及实时网络状态监控，我们可以为用户提供更加安全和优化的服务。在实施这些技术时，理解其底层逻辑则尤为重要，为在实践中设计与实现更安全和可靠的系统提供坚实基础。
