為什麼需要 SSL Pinning？
行動應用安全威脅：
- 中間人攻擊（MITM）：攻擊者攔截應用與伺服器之間的通訊，竊取敏感數據
- 偽造憑證攻擊：惡意軟體可能在設備上安裝偽造的根憑證
- 公共 Wi-Fi 風險：不安全的網路環境容易被竊聽
- 企業內部風險：某些企業防火牆會解密 HTTPS 流量進行檢查
SSL Pinning 的價值：
- 額外安全層：即使設備的信任鏈被破壞，應用仍能驗證伺服器身份
- 防止偽造憑證：只信任指定的憑證或公鑰，拒絕其他來源
- 符合合規要求：金融、醫療等行業的安全規範要求
- 保護敏感數據：確保用戶隱私和交易安全
什麼是 SSL Pinning？
SSL Pinning 是一種安全技術，它將伺服器的 憑證 或 公鑰 內嵌於應用程式中，讓應用只信任指定伺服器的憑證，即使攻擊者偽造憑證也無法進行中間人攻擊（MITM）。Pinning 可分為以下兩種方式：
- 憑證 Pinning（Certificate Pinning）：將伺服器的整個憑證內嵌於應用中進行校驗
- 公鑰 Pinning（Public Key Pinning）：提取伺服器憑證中的公鑰，僅校驗該公鑰是否匹配
什麼是自定義信任鏈？
自定義信任鏈 通常用於替換 Android 的預設憑證驗證機制。這種方法允許您指定應用信任的根憑證或中繼憑證（Intermediate Certificate）。
常見使用場景：
- 自簽名憑證：伺服器使用的是自簽名憑證（開發或測試環境）
- 企業內部 CA：使用企業內部的憑證頒發機構（CA）
- 特殊中繼憑證：伺服器的憑證信任鏈中包含特定的中繼憑證
- 測試環境隔離：開發環境使用不同的憑證體系
準備工作
所需工具與資源：
- 伺服器憑證：獲取
.cer或.crt格式的伺服器憑證 - OpenSSL：用於檢查和提取憑證相關資訊
- macOS/Linux：通常已預裝
- Windows：從 OpenSSL 官網下載
- Android 專案環境：
- Android Studio 最新版本
- OkHttp 庫（版本 4.x 或以上）
- Kotlin 或 Java 開發環境
實作步驟
步驟 1：檢查伺服器憑證
首先，檢查伺服器的憑證，確保域名、有效期及簽發機構符合需求。
使用以下 OpenSSL 指令：
openssl x509 -in <your_certificate.cer> -text -noout確認重點：
- Subject：檢查域名（CN=your.domain.com）是否正確
- Issuer：確認憑證的簽發機構（如 Let’s Encrypt, DigiCert）
- Validity：檢查憑證的有效期（Not Before / Not After）
- Subject Alternative Name：確認支援的所有域名
範例輸出：
Certificate:
Data:
Version: 3 (0x2)
Serial Number: 04:00:00:00:00:01:54:a8:30:f2:d5
Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
Issuer: C=US, O=Let's Encrypt, CN=R3
Validity
Not Before: Jan 1 00:00:00 2025 GMT
Not After : Apr 1 23:59:59 2025 GMT
Subject: CN=api.example.com步驟 2：提取伺服器公鑰
如果您選擇使用 公鑰 Pinning（建議方式），需要提取伺服器憑證中的公鑰：
openssl x509 -in <your_certificate.cer> -pubkey -noout > public_key.pem檢查提取的 public_key.pem 檔案：
cat public_key.pem確保內容類似：
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA...
-----END PUBLIC KEY-----步驟 3：生成公鑰的 SHA-256 指紋
生成伺服器公鑰的 SHA-256 指紋，供 SSL Pinning 使用：
openssl x509 -in <your_certificate.cer> -pubkey -noout |
openssl rsa -pubin -outform DER |
openssl dgst -sha256 -binary |
base64輸出的指紋範例：
sha256/AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz1234567890AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz=記錄此指紋，稍後在 Android 程式中配置。
重要提示： 建議同時記錄主要憑證和備份憑證的指紋，以便憑證輪換時應用仍能正常運作。
步驟 4：配置憑證至 Android 專案
1. 創建資源目錄：
mkdir -p app/src/main/res/raw2. 複製憑證檔案：
cp <your_certificate.cer> app/src/main/res/raw/server_cert.cer檔案命名建議：
- 使用描述性名稱：
server_cert.cer,api_certificate.cer - 避免特殊字元，僅使用小寫字母、數字和底線
- 如有多個憑證，使用
cert_primary.cer,cert_backup.cer
步驟 5：實現自定義信任鏈（Kotlin）
如果您需要使用特定的中繼憑證（如 eCA1-to-HRCA1.crt），可以使用以下代碼自定義信任鏈：
import java.security.KeyStore
import java.security.cert.CertificateFactory
import javax.net.ssl.SSLContext
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory
import javax.net.ssl.X509TrustManager
import okhttp3.OkHttpClient
fun createCustomTrustManager(context: Context): X509TrustManager {
// 初始化 TrustManagerFactory
val trustManagerFactory = TrustManagerFactory.getInstance(
TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm()
)
// 創建 KeyStore
val keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType())
keyStore.load(null, null)
// 加載自定義憑證
val certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509")
val inputStream = context.resources.openRawResource(R.raw.server_cert)
try {
val certificate = certificateFactory.generateCertificate(inputStream)
keyStore.setCertificateEntry("server", certificate)
} finally {
inputStream.close()
}
// 初始化 TrustManager
trustManagerFactory.init(keyStore)
val trustManagers = trustManagerFactory.trustManagers
return trustManagers[0] as X509TrustManager
}
fun createSecureClient(context: Context): OkHttpClient {
val trustManager = createCustomTrustManager(context)
// 設置自定義的 SSLContext
val sslContext = SSLContext.getInstance("TLS")
sslContext.init(null, arrayOf(trustManager), null)
// 建立 OkHttpClient
return OkHttpClient.Builder()
.sslSocketFactory(sslContext.socketFactory, trustManager)
.build()
}步驟 6：實現 SSL Pinning（Kotlin）
使用 OkHttp 配置 SSL Pinning：
import okhttp3.CertificatePinner
import okhttp3.OkHttpClient
fun createPinnedClient(): OkHttpClient {
val certificatePinner = CertificatePinner.Builder()
// 主要憑證
.add(
"api.example.com",
"sha256/AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz1234567890AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz="
)
// 備份憑證（建議）
.add(
"api.example.com",
"sha256/BackupCertificateHashGoesHere1234567890AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz="
)
.build()
return OkHttpClient.Builder()
.certificatePinner(certificatePinner)
.build()
}步驟 7：結合自定義信任鏈與 SSL Pinning
fun createFullySecureClient(context: Context): OkHttpClient {
val trustManager = createCustomTrustManager(context)
val sslContext = SSLContext.getInstance("TLS")
sslContext.init(null, arrayOf(trustManager), null)
val certificatePinner = CertificatePinner.Builder()
.add(
"api.example.com",
"sha256/AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz1234567890AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz="
)
.build()
return OkHttpClient.Builder()
.sslSocketFactory(sslContext.socketFactory, trustManager)
.certificatePinner(certificatePinner)
.build()
}Java 實作範例
如果您的專案使用 Java，以下是對應的實作：
import java.security.KeyStore;
import java.security.cert.Certificate;
import java.security.cert.CertificateFactory;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
import javax.net.ssl.X509TrustManager;
import okhttp3.CertificatePinner;
import okhttp3.OkHttpClient;
public class SecureClientBuilder {
public static OkHttpClient createSecureClient(Context context) {
try {
// 加載憑證
CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
InputStream certInputStream = context.getResources()
.openRawResource(R.raw.server_cert);
Certificate ca = cf.generateCertificate(certInputStream);
certInputStream.close();
// 建立 KeyStore
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
keyStore.load(null, null);
keyStore.setCertificateEntry("server", ca);
// 建立 TrustManager
TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance(
TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm()
);
tmf.init(keyStore);
// 建立 SSLContext
SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
sslContext.init(null, tmf.getTrustManagers(), null);
// 建立 Certificate Pinner
CertificatePinner certificatePinner = new CertificatePinner.Builder()
.add("api.example.com",
"sha256/AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz1234567890AbCdEfGhIjKlMnOpQrStUvWxYz=")
.build();
// 建立 OkHttpClient
return new OkHttpClient.Builder()
.sslSocketFactory(sslContext.getSocketFactory(),
(X509TrustManager) tmf.getTrustManagers()[0])
.certificatePinner(certificatePinner)
.build();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("Failed to create secure client", e);
}
}
}測試與驗證
測試 SSL Pinning 是否生效：
- 正常連線測試：
val client = createPinnedClient() val request = Request.Builder() .url("https://api.example.com/test") .build() client.newCall(request).execute().use { response -> println("Response: ${response.body?.string()}") } - 錯誤憑證測試：
- 修改 Pinning 的 SHA-256 指紋為錯誤值
- 預期結果：應該拋出
SSLPeerUnverifiedException
- 使用 Charles Proxy 測試：
- 安裝 Charles 的根憑證到設備
- 嘗試攔截應用流量
- 預期結果：連線失敗，無法攔截
常見問題與解決方案
問題 1：為什麼需要特定憑證（如 eCA1-to-HRCA1.crt）？
原因：
- 該憑證可能是伺服器憑證信任鏈的一部分（例如中繼憑證）
- 如果未包含此憑證，應用將無法成功建立信任鏈
- Android 系統的預設信任庫可能不包含某些企業或特殊 CA
解決方案：
- 向伺服器管理員索取完整的憑證鏈
- 將所有中繼憑證都加入到 KeyStore 中
- 使用
openssl s_client命令檢查伺服器的完整憑證鏈
問題 2：SSL Pinning 與自定義信任鏈的差異是什麼？
比較：
| 特性 | SSL Pinning | 自定義信任鏈 |
|---|---|---|
| 驗證對象 | 憑證或公鑰的指紋 | 完整的憑證鏈條 |
| 靈活性 | 較低，需更新應用 | 較高，可動態管理憑證 |
| 安全性 | 非常高，精確匹配 | 高，依賴信任鏈 |
| 使用場景 | 防止 MITM 攻擊 | 自簽名或企業 CA |
建議： 可以同時使用兩者，提供雙重保護。
問題 3：選擇公鑰 Pinning 還是憑證 Pinning？
公鑰 Pinning（推薦）：
- ✅ 更靈活，憑證更新時公鑰可保持不變
- ✅ 減少應用更新頻率
- ✅ 支援憑證輪換（Rotation）
憑證 Pinning：
- ✅ 更加嚴格，完全匹配憑證
- ❌ 憑證更新後必須更新應用
- ❌ 維護成本較高
問題 4：憑證過期或更新時怎麼辦？
解決方案：
- 準備多個 Pin：
val certificatePinner = CertificatePinner.Builder() .add("api.example.com", "sha256/current_cert_hash") .add("api.example.com", "sha256/backup_cert_hash") .build() - 實施 Pin 更新機制：
- 在伺服器端提供 Pin 配置 API
- 應用啟動時動態更新 Pin 列表
- 使用 Firebase Remote Config 或類似服務
- 監控與告警：
- 設置憑證過期提醒（提前 30-60 天）
- 監控 SSL Pinning 失敗率
- 準備緊急更新流程
問題 5：如何在開發環境中測試？
解決方案：
- 使用 Build Variants 區分開發和生產環境
- 開發環境停用 Pinning 或使用開發憑證
- 使用條件編譯：
val client = if (BuildConfig.DEBUG) { // 開發環境：不啟用 Pinning OkHttpClient.Builder().build() } else { // 生產環境：啟用 Pinning createPinnedClient() }
安全最佳實踐
- 使用公鑰 Pinning：提供更好的靈活性
- 準備備份 Pin：至少配置 2-3 個有效的 Pin
- 定期檢查憑證：設置自動化監控
- 實施 Pin 更新機制：透過遠端配置動態更新
- 錯誤處理與降級：Pin 驗證失敗時提供適當的錯誤訊息
- 日誌記錄：記錄 Pinning 失敗事件，用於安全分析
- 結合多層防護：同時使用 SSL Pinning 和應用層加密
實際應用案例
金融應用：
- 使用 SSL Pinning 保護交易 API
- 結合設備指紋和生物識別
- 定期輪換憑證和 Pin
企業應用：
- 使用自定義信任鏈信任企業 CA
- 配置內部網路的自簽名憑證
- 實施憑證透明度（Certificate Transparency）
結論
實現 SSL Pinning 與自定義信任鏈是確保 Android 應用通訊安全的重要步驟。透過本文的指引，您可以：
- 理解 SSL Pinning 的原理與重要性
- 正確配置自定義信任鏈
- 實作公鑰 Pinning（推薦方式）
- 處理憑證更新與維護問題
- 遵循安全最佳實踐
下一步建議：
- 在測試環境驗證 Pinning 配置
- 實施憑證監控與告警機制
- 準備憑證輪換計劃
- 定期進行安全審計