NSA如何窃听Google的加密流量--当HTTPS遇到CDN

华盛顿邮报曾根据斯诺登泄露出来的PPT（如图1所示）报道过美国国家安全局（NSA）在云端监听Google（包括Gmail）和Yahoo用户的加密通信[1]。然而我们知道Gmail是使用TLS保护的，NSA是如何破解Google的TLS加密通信的呢？

问题分析与测试

目前主流网站都依赖HTTPS（HTTPover TLS/SSL）实现服务器认证、数据加密和完整性保护，比如Google几乎所有应用都在HTTPS的保护之下。同时，主流网站也普遍使用了CDN（Content Delivery Network）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CDN这个名字），用以提高网站的性能、可靠性和安全性。目前，HTTPS和CDN技术几乎都已成为商业网站必需的基础服务。

然而长期以来，HTTPS和CDN两种技术的设计和发展是独立的，HTTPS设计之初是一种端到端（End-to-End）的协议，而CDN却是以中间人（Man in the Middle）的方式工作。原始网站是如何授权给中间的CDN厂商、如何完成浏览器-CDN-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Oakland‘14（IEEE Symposimon Security & Privacy）发表了论文WhenHTTPS Meets CDN：A Case of Authenticationin Delegated Service[2]，首次提出了HTTPS在CDN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。通过调研Akamai、CloudFlare等世界上主流的20个CDN服务商，以及一万多个支持HTTPS的热门网站（同时也是上述20个CDN厂商的客户），揭示出了当前HTTPS在CDN部署中的许多问题。

首先是CDN节点和后台源服务器之间的通信很容易受到中间人攻击（如图2所示）：通过测试了5个CDN厂商的后台通信，发现尽管浏览器到CDN节点的通信使用HTTPS加密，有的厂商使用明文的HTTP与后台服务器进行通信（CDN77、CDN.NET）；有的厂商虽然使用了HTTPS，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CloudFlare和InCapsula）；有的厂商（如Amazon公司的CloudFront）虽然要求合法证书，但是却不验证证书的Common Name。

其次是浏览器和CDN节点之间的授权认证问题。我们发现很多CDN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PKI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，比如使用客户证书（Custom Certificate）或者共享证书（SharedCertificate）方案，但是秘钥管理复杂，客户网站无法自主撤销自己对CDN厂商的授权，作为可信第三方的CA也没有撤销体现授权关系的共享证书。

具体细节可以参考论文原文和Oakland会上所作报告的Slides[2]。

参考文献

[1]NSA infiltrates links to Yahoo.Google datacenters worldwide ， Snowden documents say.https://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-infiltrates-links-to-yahoo-google-data-centersworldwide-snowden-documents-say/2013/10/30/e51d661e-4166-11e3-8b74-d89d714ca4dd_story.html

[2]Jinjin Liang，Jian Jiang，Haixin Duan，Kang Li，Tao Wan，and Jianping Wu.When HTTPS Meets CDN：A Case of Authentication in Delegated Service，in2014IEEE Symposium on Security and Privacy（SP），2014，pp.67-82， PDF and PPT Download： http：//netsec.ccert.edu.cn/duanhx/archives/1803

来源：中国教育和科研计算机网（节选）