图解Kerberos认证工作原理

本文是我在看了这篇英文说明之后的总结

https://technet.microsoft.com/zh-cn/library/cc961976.aspx

是总结,不是翻译,所以是我看后按自己的理解写的,如有问题,请指正!

Kerberos在古希腊神话中是指:一只有三个头的狗。这条狗守护在地狱之门外,防止活人闯入。Kerberos协议以此命名,因为协议的重要组成部分也是三个:client, server, KDC(密钥分发中心). 要了解Kerberos协议的工作过程,先了解不含KDC的简单相互身份验证过程。

1. 简单的相互身份验证

A向B发送信息时,会附加一个Authenticator(认证码,该数据结构=身份信息+时间戳)来进行彼此的身份验证。开始验证之前,A和B已经有一个有且只有二人知晓的密钥。下面是工作流程:

a. A用密钥加密了【信息+Authenticator(身份信息+时间戳)】,将其发给B

b. B用密钥解密了A发来的Authenticator,并将其中包含的时间戳记录下来。B将这个时间戳与自己的当前时间进行比较,如果这个时间差大于某个值(windows下默认是5分钟),B认为信息不是A发来的,拒绝后续验证。如果这个时间差小于设定值,B要检查在过去5分钟内,是否存在含有更早时间戳的Authenticator,如果没有,B认为信息确实是A发来了。至此,完成了B对A的验证。

c. B用密钥加密Athenticator里的时间戳,然后将其发回给A,以证明自己确实是B.

d. A收到后,解密出时间戳,经过自己的对比,确认了对方确实是B. 至此,完成了A对B的验证

图解Kerberos认证工作原理

2. 引入session key和密钥分发中心KDC

实现简单相互身份验证有一个前提,即,A和B必须有一个有且只有二人知晓的密钥。在2中,我们要设计一个密钥分发机制来完善1的流程。这里引入key distribution center, KDC密钥分发中心。当A尝试向B发信息时,KDC会分别向A、B发放一个加密过的session key,这相当于1中那个有且只有AB双方知晓的密钥(注意,在传输过程中,session key要再包裹一层密钥进行加密,下面将具体说到)。

3. 引入secret key(密钥的加密)

session key在传输过程中需要加密。因此我们又引入了一个加密密钥,叫做secret key(或者叫long term key,在用户账号验证中,这个key是衍生自账号密码). 这个key是KDC和A(或B)之间有且只有双方知晓的一个密钥。KDC与A之间进行传输时,是由仅有A与KDC双方知晓的key加密。KDC与B之间进行传输时,是由仅有B与KDC双方知晓的key加密。

4. 引入session ticket(密钥的识别)

实际应用中,一个KDC对应着许许多多的客户端和服务端,每个客户端与服务端之间都有一个共享的session key(密钥)。为了区别这些session key,我们引入session ticket的概念,它是一种内嵌了session key和客户端身份信息(原文authorization data for the client)的数据结构。相当于session key与客户端的1对1表。

下面是具体工作过程:

a. 客户端向KDC提交客户端身份信息(这个传输过程使用客户端secretkey进行加密),要求与服务端进行相互身份验证。

b. KDC生成一个仅有客户端与服务端知晓的session key。

c. KDC将session key附加上客户端身份信息形成了session ticket,并用服务端secret key加密session ticke后传给服务端。服务端收到了KDC回复,使用服务端secret key解密,获得了有且只有客户端和服务端二者知晓的密钥session key。

d. KDC将【session key+服务端secret key加密后的session ticket】用客户端secret key加密后,传给客户端。客户端收到了KDC的回复,用客户端secret key解密出【session key+服务端secret key加密后的session ticket】。解密出的两部分内容分开地放在一个安全的缓存中(一块隔离的内存空间,而不是硬盘上)。当客户端再次向服务端发送信息时,客户端就可以直接向服务端发送【要发送的信息+服务端secret key加密后的session ticket+用session key加密的Authenticator(身份信息+时间戳)】

e. 服务端收到了来自客户端的以上凭据,先用服务端secret key将session ticket解密,取得内嵌在session ticket里的session key,用其将Authenticator解密,得到了客户端发送消息的时间戳。之后按照1中简单相互身份验证过程中的步骤b, c, d继续进行。

PS:

1. session ticket可以被重复使用。客户端从KDC获得session ticket后,会将其放在安全缓存中(一块隔离的内存空间,而不是硬盘上)。每当客户端想要访问指定服务端,客户端就出示相应的session ticket。

2. session ticket有失效期,通常是8小时,可以在相应的Kerberos策略中设置。

3. 服务端不需要存储session ticket。KDC只负责发送信息,不验证信息是否发放到正确的对象。因为即使发错了对象,对方没有secret key(有且只有KDC和正确对象知晓的密钥),是解不开信息的。循序渐进了解Kerberos认证工作原理

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