資訊與網路安全技術：第十四章 Kerberos 認證系統  上一頁      下一頁

 

14-4 Kerberos 認證系統簡介

內容：

14-4-1 Kerberos 認證系統簡介

『Kerberos 認證系統』（Kerberos Authentication System）是由麻省理工學院（M. I. T）發展出來的，其命名係來自希臘神話中看守地獄入口那條三頭狗 Kerberos。設計 Kerberos最主要的目的是要讓使用者能安全地存取網路上資源，也是目前網路使用最廣泛的技術。到目前為止，Kerberos 較常用的有兩個版本，版本 4（V4）[26, 49, 111] 目前還被廣泛使用中，但僅能使用於 TCP/IP 網路；版本 5（V5）已作了許多修正，使它更適合其他網路環境，並已制定成 RFC 1510  標準規範。

基本上，Kerberos 祇採用秘密鑰匙系統認證用戶端，所以每一個使用者都必須在 Kerberos 伺服器上建立帳號名稱，並利用使用者密碼所建立的『主密鑰』，來確認使用者與伺服器之間的身份。因此屬於較封閉的分散式系統應用，但目前已有許多應用系統，將公開鑰匙系統植入 Kerberos 之中，但僅限於客戶端身份認證而已。從認證技術而言，Kerberos 主要延伸許多 Needham-Schroeder 協定的技術，並加入時間戳記作為防止重播攻擊。正因如此，在 Kerberos 系統上，參與認證的工作站或伺服器之間都必須保持時序的同步。

之前我們所介紹的認證程序，大多侷限於使用者（透過工作站）與伺服器之間身份的認證問題、以及會議鑰匙的分配工作。然而，在 Kerberos 認證協定上並沒有刻意劃分使用者（人）或機器（伺服器或工作站），它對每一個參與認證的實體（人或機器）都一視同仁，稱之為『主角』（Principal），這種觀念通常比較適合分散式處理。

我們可意識得到，Kerberos 可能是未來封閉型分散式系統（譬如，電子化辦公室）認證的主流；至於開放型的分散式系統（如 Internet 網路應用），則較頃向於 PKI 認證系統（利用數位憑證）；但也未必如此，目前許多封閉式系統（如 Windows 2000）已將 Kerberos 與 PKI 系統整合使用。基本上，Kerberos 的認證程序算是複雜的，本章之前介紹了許多認證協定的運作程序，主要為 Kerberos 鋪路；本節以介紹 Kerberos V4為主，有了第四版本的概念之後，下一節再介紹第五版本可就容易多了。

14-4-2 Kerberos 動機

無論採用何種認證協定，主要的目標是確認通訊雙方的身份、與分配雙方通訊所需的會議鑰匙。我們採用了極複雜的運作程序，是為了要防止攻擊者從中破壞正常交易，至於如何達成上述兩個目標，其實到目前為止，也很難找出十全十美的方法。首先將攻擊者的破壞技巧歸類如下：

  • 也許攻擊者合法取得某一工作站權限，再利用此工作站冒充另一個使用者，取得其他工作站的非法權限。

  • 也許攻擊者會更改工作站的網路位址，來偽裝成另一個工作站，再發出偽裝訊息。

  • 也許攻擊者由網路上竊聽到相關訊息，再重送攻擊或入侵相關伺服器，或是破壞該伺服器的正常運作。

之前所介紹的幾種認證協定，大多著重於防止重播攻擊。假設，先撇開重播攻擊的問題，我們將圖 14-1 (b) 的基本認證程序加入了網路位址，便如圖 14-7 所示。其中ADA表示客戶工作站的位址，我們來討論一下可能出現的問題：

圖 14-7 附加網路位址的門票

  • 客戶需要任何一部伺服器資源時，都需要向 KDC 申請門票；每次申請門票時，客戶都需要輸入密碼確認身份（產生主密鑰）。在目前分散式處理環境之下，每一客戶同時存取多個伺服器是非常普遍的現象；如此一來，增加客戶端輸入密碼的次數，也增加了暴露密碼的危機。最好的構想是，在同一個應用系統中，客戶只要輸入一次密碼即可。

  • 雖然在門票中加入了客戶工作站的網路位址，但當攻擊者攔截到門票之後（訊號 (3)），還是可以等待到該客戶登出之後，再偽裝成它的網路位址；如此一來，偽裝工作站傳送門票給伺服端，伺服端也相信對方的身份了。因此，僅加入網路位址並無法完全避免他人的攻擊；或許在門票上加入使用期限，可以減少被冒充的機率。

第二個問題較簡單，我們先來討論第一個問題。記得我們在 14-5 節介紹過（如圖 14-20 所示），KDC 的概念是將客戶認證（與建立會議鑰匙）的工作分配給 KDC 伺服器管理；如果確定身份無誤之後，便可以發給客戶通往伺服器的門票，然而客戶是否有權利存取某一伺服器，仍需仰賴原伺服器自行管理（如建立 ACL 表）。如果我們另外建立一個伺服器，作為過濾客戶是否可以使用某一個伺服器的權利，此伺服器稱為『門票核准伺服器』（Ticket-Granting Server, TGS）；如果該客戶有權利存取某一伺服器，則 TGS 便發給予通往該伺服器的門票。至於客戶存取該伺服器的權限如何，還是保存在原伺服器上管理。如此一來，原來 KDC 的工作便僅限於客戶身份的認證而已，因此，又稱為『認證伺服器』（Authentication Server, AS）。也就是說，我們將 KDC 的工作分配給 AS 與 TGS 兩個伺服器來承擔，如此一來，便可以解決客戶只要輸入一次密碼的問題。

14-4-3 Kerberos 基本構想

圖 14-8 為 Kerberos 的基本構想，運作程序的簡單程序是：客戶利用自己的主密鑰向 AS 伺服器申請到一張通往 TGS 伺服器的門票（TicketTGS），再利用此門票向 TGS 伺服器申請一張通往某伺服器的門票（TicketB），客戶端再利用伺服器的門票向該伺服器要求服務。兩張門票分別為：

TGS 門票：TicketTGS = EKtgs [IDA || ADA || IDTGS || TS1 || Lifetime1]

伺服器門票：TicketB = EKb [IDA || ADA || IDB || TS2 || Lifetime2]

其中 ID 與 AD 分別為身分識別與網路位址，TS 是時間戳記，Lifetime 為有效時間。接下來，我們來討論利用兩個伺服器的認證有何特性：（如圖 14-8 所示）

圖 14-8 Kerberos 的基本構想

  • 主密鑰分配：AS 伺服器除了必須擁有客戶的主密鑰之外，還必須擁有 TGS 的主密鑰；另外，TGS 伺服器也需要擁有所有伺服器的主密鑰。這就是 Kerberos 將所有參與者都稱為 Principal 的主要原因。

  • 客戶密碼只要輸入一次：客戶端取得通往 TGS 的門票（TicketTGS）之後，在該票的有效期限之內，都可以請求服務，而不需要再輸入密碼來索取門票。

  • 防禦偽裝攻擊：門票（TicketTGS與 TicketB）上有登錄該票的使用者識別（ID）、工作站位址（AD）、時間戳記（TS）與有效期間（Lifetime）。攻擊者攔截到門票之後，不易在在有效期內偽裝成合法客戶。

  • 防止重播攻擊：門票有註明時間戳記（T），當攻擊者重播門票時，接收端可以利用時間戳記辨別門票的新舊。

門票都利用接收端的主密鑰加密著，譬如，客戶傳送給 TGS 門票便利用 TGS 的主密鑰（KTGS）加密著；另外。客戶傳送給伺服器的門票，也利用該伺服器（假設 Bob）的主密鑰（KB）加密著。客戶與攻擊者都無法窺視到門票的內容，當然無法冒充或竄改它。接下來的問題是有效期間要多長？如果太短的話，當門票逾時之後，客戶端必須再重新輸入密碼取得新的門票。但如果有效期間過長，客戶登出之後，攻擊者可以冒充它的帳戶來使用門票，之間取捨難定，不過一般大多定在 8 個小時左右。

我們瞭解圖 14-8 的基本構想之後，大略可以完成身份認證的問題。我們再將會議鑰匙分配的程序加入圖 14-8 中，並規範標準的加密演算法與門票的格式，便能制定出一個完整的認證協定，這就是建構 Kerberos 的基本構想。

翻轉工作室：粘添壽

 

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