劉壽臣

摘要：為了保證在開往網(wǎng)絡(luò)中通信的安全性，認(rèn)證機(jī)制是不可缺少的工具。該文圍繞信息認(rèn)證方式中的Kerberos認(rèn)證系統(tǒng)，闡述了Kerberos協(xié)議的基本思想，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，詳細(xì)地介紹了Kerberos系統(tǒng)中所涉及到的相關(guān)概念，認(rèn)證原理和流程，其認(rèn)證流程包括3個(gè)子交換，分別是認(rèn)證服務(wù)器交換，票據(jù)服務(wù)器交換，客戶/服務(wù)器認(rèn)證應(yīng)用交換。此外，從單區(qū)域下的Kerberos認(rèn)證擴(kuò)展到多區(qū)域下的Kerberos協(xié)議工作方式，指出了其存在的局限性。Kerberos認(rèn)證協(xié)議主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的身份識(shí)別，已經(jīng)得到了廣泛的使用。

關(guān)鍵詞：Kerberos協(xié)議；認(rèn)證；多區(qū)域Kerberos

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）16-0069-02

1 概述

伴隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，人類的生活變得更加的方便快捷，人類社會(huì)享受著網(wǎng)絡(luò)提供的各類服務(wù)。與此同時(shí)，也在遭受著來自網(wǎng)絡(luò)空間中的網(wǎng)絡(luò)攻擊，網(wǎng)絡(luò)威脅等。

當(dāng)越來越多的商業(yè)活動(dòng)，事務(wù)處理通過開放不安全的通信網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，我們需要保證在開放網(wǎng)絡(luò)中通信的安全性，完成網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的構(gòu)造，加密，訪問控制，數(shù)字簽名以及認(rèn)證等安全機(jī)制都必不可少[2]。

擁有一個(gè)良好的認(rèn)證機(jī)制可以有效地防止攻擊者假冒合法用戶，對(duì)訪問網(wǎng)絡(luò)的用戶進(jìn)行必要的身份合法性驗(yàn)證，通過驗(yàn)證協(xié)議確認(rèn)身份的用戶將按照此身份所獲得的權(quán)限在網(wǎng)絡(luò)中訪問所需要的資源。網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證中非常有影響力的系統(tǒng)為Kerberos，它是一個(gè)在許多系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用的認(rèn)證協(xié)議，是Windows2000操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證基礎(chǔ)。

2 Kerberos簡介

Kerberos是一種網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證協(xié)議，基于對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)，密碼設(shè)計(jì)基于Needham—Schroeder協(xié)議。其基本思想是使用可信第三方把某個(gè)用戶引見給某個(gè)服務(wù)器，引見方法是在用戶和服務(wù)器間分發(fā)會(huì)話密鑰建立安全信道。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過密鑰系統(tǒng)為客戶端、服務(wù)器應(yīng)用程序提供強(qiáng)大的認(rèn)證服務(wù)。

該認(rèn)證過程的實(shí)現(xiàn)依賴于主機(jī)操作系統(tǒng)的認(rèn)證，無需基于主機(jī)地址的信任，不要求網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)的物理安全，并假定網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包可以被任意的讀取，修改和插入數(shù)據(jù)。

Kerberos認(rèn)證協(xié)議假定網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中主機(jī)是不可信的，要求每個(gè)client對(duì)每次業(yè)務(wù)請(qǐng)求證明其身份，不要求用戶每次業(yè)務(wù)請(qǐng)求都輸入密碼。Kerberos系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，比如：構(gòu)造Windows網(wǎng)絡(luò)中的身份認(rèn)證，服務(wù)器和服務(wù)器之間的認(rèn)證，網(wǎng)格計(jì)算，計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)單點(diǎn)登錄訪問整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源，訪問其他服務(wù)器不需要再次認(rèn)證。

Kerberos中三方分別是認(rèn)證服務(wù)器，用戶，服務(wù)器。有相關(guān)一系列的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

1）用戶必須在工作站會(huì)話開始的時(shí)候驗(yàn)證自己（登錄會(huì)話）；

2）密碼永遠(yuǎn)不在網(wǎng)絡(luò)中明文傳輸或在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)；

3）每個(gè)用戶有一個(gè)口令；

4）每個(gè)業(yè)務(wù)有一個(gè)口令；

5）知道所有口令的唯一實(shí)體是認(rèn)證服務(wù)器。

Kerberos數(shù)據(jù)庫中有Workstation的密碼，Server密碼以及票據(jù)服務(wù)器TGS的密碼。

3 身份證明資源

3.1 Tickets（票據(jù)）

每個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求需要一個(gè)Ticket，一個(gè)票據(jù)只能用于單個(gè)用戶訪問單個(gè)服務(wù)器，Ticket由“Ticket Granting Server”（TGS）分發(fā)，TGS具備所有Server的加密密鑰。Tickets對(duì)clients是無意義的，clients只是使用它們接入服務(wù)器。TGS用服務(wù)器的加秘密鑰加密每個(gè)ticket，加密的tickets可在網(wǎng)上安全傳輸，只有對(duì)應(yīng)的服務(wù)器可以解密。大量的用戶每次申請(qǐng)票據(jù)會(huì)浪費(fèi)資源而且加重TGS的工作負(fù)荷，所以每一個(gè)ticket擁有一定時(shí)間范圍內(nèi)的生存期，通常為幾個(gè)小時(shí)，這樣可以有效地減少適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)負(fù)擔(dān)。

3.2 Ticket內(nèi)容

ü Client名，即用戶登錄名

ü Server名（服務(wù)器）

ü Client主機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址

ü Client和Server之間的會(huì)話密鑰，用于加密client和server間的請(qǐng)求和響應(yīng)

ü Ticket的生存期

ü 產(chǎn)生時(shí)戳（發(fā)放ticket的時(shí)間）

TGS作為可信第三方，為client和server分配密鑰，通過TGS來驗(yàn)證用戶的身份。

用戶在訪問某服務(wù)器時(shí)，只憑借ticket是不能做到的。因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，存在很多的“壞人”，ticket可能會(huì)被竊取或重放，手持ticket的用戶和ticket中對(duì)應(yīng)的client名未必一致，為了訪問服務(wù)器，用戶除了ticket之外還需要提交認(rèn)證符。

3.3 Authenticators（認(rèn)證符）

認(rèn)證符證明client身份，包括client用戶名，client網(wǎng)絡(luò)地址，時(shí)戳（訪問服務(wù)器的時(shí)間）。認(rèn)證符以session key加密（Tickets內(nèi)的會(huì)話密鑰）。攻擊者可以截取票據(jù)，但是無法得知會(huì)話密鑰，沒有辦法構(gòu)造合法認(rèn)證符。

服務(wù)器利用session key獲取認(rèn)證符的網(wǎng)絡(luò)地址和用戶名信息，如果和tickets中網(wǎng)絡(luò)地址用戶名一致，這樣就可以確認(rèn)用戶的身份[3]。

4 Kerberos協(xié)議流程

用戶欲訪問服務(wù)器資源，首先去Autntication Server（認(rèn)證服務(wù)器）進(jìn)行認(rèn)證。認(rèn)證成功，AS分配一個(gè)訪問Ticket Granting Server的票據(jù)，憑借此ticket向Ticket Granting Server申請(qǐng)?jiān)L問Server準(zhǔn)入的憑證。過程包括3個(gè)交換，分別是認(rèn)證服務(wù)器交換（AS交換），票據(jù)授予服務(wù)器交換（TGS交換），客戶/服

務(wù)器交換（AP交換）。

4.1 AS（Authentication Server）交換

用戶訪問TGS之前必須訪問認(rèn)證服務(wù)器，Client向AS發(fā)送明文“認(rèn)證服務(wù)”請(qǐng)求（AS_REQ），請(qǐng)求內(nèi)容包括登錄名和TGS名稱，以獲得一個(gè)ticket用于與TGS通信，AS找到登錄名和TGS名對(duì)應(yīng)的密鑰。

AS生成一個(gè)ticket（TGticket）：login name，TGS name，Client網(wǎng)絡(luò)地址，TGS會(huì)話密鑰，AS以TGS的秘密密鑰（AS和TGS的長期共享密鑰）加密此ticket。

AS同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)會(huì)話密鑰供client和TGS使用。會(huì)話密鑰和加密的ticket以用戶的秘密密鑰加密，將TGTicket返回給用戶。

TGT的兩部分都含有Client和“票據(jù)授予服務(wù)器”共享的會(huì)話密鑰TGS session key。

4.2 TGS交換

訪問TGS：Client以用戶口令作為秘密密鑰解密消息，Client這時(shí)獲得了會(huì)話密鑰和TGS通信的ticket，因?yàn)镃lient不知道TGS的秘密密鑰，所以看不到ticket內(nèi)部的內(nèi)容。

當(dāng)client想開始使用服務(wù)，client必須獲得一個(gè)ticket，Client構(gòu)造一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送給TGS。

TGS響應(yīng)：TGS用其秘密密鑰解密ticket獲得TGS會(huì)話密鑰，TGS用會(huì)話密鑰解密認(rèn)證符，TGS檢查驗(yàn)證登錄名，client地址和TGS server都正確，TGS驗(yàn)證信任狀是最新的，一旦所有驗(yàn)證通過，TGS產(chǎn)生一個(gè)ticket使client用于請(qǐng)求的server，Ticket用server密鑰加密。而且產(chǎn)生一個(gè)會(huì)話密鑰，用于client和server通信。以TGS會(huì)話密鑰加密整個(gè)消息發(fā)回給client。

4.3 AP交換

用戶訪問服務(wù)器 ，client以TGS會(huì)話密鑰解密TGS響應(yīng)，Client現(xiàn)在獲得了與服務(wù)器通信的會(huì)話密鑰和ticket，Client用與和訪問TGS一樣格式的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器，從應(yīng)用服務(wù)器那里獲得應(yīng)用服務(wù)。

訪問TGS，AS作為client和TGS的第三方；訪問Server，TGS作為client和server的第三方[1]。

5 Kerberos區(qū)域和多區(qū)域的Kerberos

以上Kerberos協(xié)議原理的介紹基于一個(gè)區(qū)域內(nèi)的客戶端訪問同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的服務(wù)器。多區(qū)域的Kerberos認(rèn)證要求，Kerberos服務(wù)器之間相互信任，兩兩之間有共享密鑰。區(qū)域A的Kerberos對(duì)本區(qū)域Client的認(rèn)證，區(qū)域B的Kerberos應(yīng)該相信區(qū)域A對(duì)用戶的認(rèn)證。Kerberos跨區(qū)域的密鑰交換流程見圖：

6 總結(jié)

本文對(duì)Kerberos認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，在Kerberos認(rèn)證過程中，每次業(yè)務(wù)請(qǐng)求需要一個(gè)ticket，ticket來源于TGS（訪問TGS的ticket由認(rèn)證服務(wù)器分發(fā)）。工作站不能解密用服務(wù)器密鑰加密的tickets，每個(gè)ticket有個(gè)相應(yīng)的session key。此外，Tickets不能重用，具備有限的的生命期；Authenticators只能使用一次，失效很快。服務(wù)器需要維護(hù)一個(gè)信任狀（Authenticators）列表。Kerberoas跨區(qū)域服務(wù)存在局限性，Kerberos服務(wù)器兩兩之間有共享密鑰的要求導(dǎo)致當(dāng)Kerberos區(qū)域擴(kuò)展較大的情況下勢(shì)必帶來密鑰管理不便的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wenbo Mao.現(xiàn)代密碼學(xué)理論與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 沈鑫剡.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3] 石淑華，池瑞楠.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[4] 劉冰. 在數(shù)字化校園中利用Portal和Ldap實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證的研究與應(yīng)用[D]. 沈陽：沈陽理工大學(xué)， 2008.

[5] 曹福祥. 計(jì)算機(jī)身份認(rèn)證的技術(shù)分析和比較[J]. 中國科技信息，2007（7）.

[6] 王媛媛. 電子商務(wù)中身份認(rèn)證技術(shù)的分析與比較[J].信息技術(shù)與信息化，2009（4）.