Курсовая работа: Протокол Kerberos

Настоящий документ представляет технические аспекты реализации протокола аутентификации Kerberos 5 в операционной системе Microsoft® Windows® 2000. Здесь приводится подробное описание важнейших концепций, архитектурных элементов, а также функций аутентификации по протоколу Kerberos. Первый раздел "Обзор протокола Kerberos" предназначен тем, кто не знаком с этим протоколом. Последующие разделы посвящены более подробному описанию того, как Microsoft реализовала Kerberos в операционной системе Windows 2000. Завершается информационный документ кратким обсуждением вопросов взаимодействия описываемого протокола с другими реализациями Kerberos.

Аутентификация в Windows 2000

Windows 2000 поддерживает несколько протоколов, которые позволяют убедиться в том, что входящий в систему пользователь действительно имеет здесь свою учетную запись. Среди них - протоколы аутентификации удаленных подключений и протоколы аутентификации пользователей, входящих в сеть через Интернет. Однако внутри доменов Windows 2000 для проверки пользовательских данных предусмотрено два метода:

Kerberos версия 5. Протокол Kerberos 5 является стандартным средством аутентификации сетевых пользователей в домене Active Directory на всех компьютерах с операционной системой Windows 2000;

Windows NT LAN Manager (NTLM). Протокол NTLM применялся в качестве стандартного средства сетевой аутентификации в операционной системе Windows NT® 4.0. В среде Windows 2000 он используется для аутентификации серверов и доменов Windows NT 4.0. Кроме того, NTLM применяется для локальной аутентификации на автономных компьютерах, работающих под управлением Windows 2000.

Компьютеры под управлением Windows 3.11, Windows 95, Windows 98 и Windows NT 4.0 смогут использовать протокол NTLM для сетевой аутентификации в доменах Windows 2000. Компьютерам же, работающим под управлением Windows 2000, этот протокол обеспечит аутентификацию на серверах Windows NT 4.0 и откроет доступ к ресурсам доменов Windows NT 4.0. Однако в тех случаях, когда есть выбор, в среде Windows 2000 по умолчанию будет использоваться протокол Kerberos 5.

Преимущества аутентификации по протоколу Kerberos

Протокол Kerberos выгодно отличается от NTLM большей гибкостью и эффективностью использования. Обеспечивает он и повышенный уровень безопасности. Ряд преимуществ, которые дает переход на Kerberos, приводится ниже.

1. Более эффективная аутентификация на серверах. При аутентификации по протоколу NTLM серверу приложений приходится подключаться к контроллеру домена при проверке каждого клиента. С Kerberos такая необходимость отпадает - здесь аутентификация производится за счет проверки удостоверения, представленного клиентом. Индивидуальное удостоверение клиент получает от контроллера единожды, после чего может неоднократно использовать его на протяжении всего сеанса работы в сети.

2. Взаимная аутентификация. Протокол NTLM позволяет серверу идентифицировать своих клиентов, однако не предусматривает верификации сервера ни клиентами, ни другими серверами. Этот протокол разрабатывался для сетей, в которых все серверы считаются легитимными. В отличие от него, Kerberos такого допущения не делает, поэтому проверяет обоих участников сетевого подключения, каждый из которых в результате может точно узнать, с кем поддерживает связь.

3. Делегированная аутентификация. Когда клиент сети Windows обращается к ресурсам, службы операционной системы, прежде всего, производят его идентификацию. Во многих случаях для выполнения этой операции службе достаточно информации на локальном компьютере. Как NTLM, так и Kerberos обеспечивают все данные, необходимые для идентификации пользователя на месте, однако иногда их бывает недостаточно. Некоторые распределенные приложения требуют, чтобы при подключении к серверным службам на других компьютерах идентификация клиента производилась локально службой самого этого клиента. Решить проблему помогает Kerberos, где предусмотрен специальный механизм представительских билетов, который позволяет на месте идентифицировать клиента при его подключении к другим системам. В протоколе NTLM такая возможность отсутствует.

4. Упрощенное управление доверительными отношениями. Одно из важных достоинств взаимной аутентификации по протоколу Kerberos состоит в том, что доверительные отношения между доменами Windows 2000 по умолчанию являются двусторонними и транзитивными. Благодаря этому в сетях с множеством доменов не придется устанавливать много явных доверительных отношений. Вместо этого все домены большой сети можно свести в дерево транзитивных отношений взаимного доверия. Удостоверение, выданное системой безопасности для любого домена, может приниматься во всех ветвях дерева. Если же сеть содержит несколько деревьев, то удостоверение любого из них будет приниматься по всему "лесу".

5. Совместимость. В основу своей реализации протокола Kerberos корпорация Microsoft положила стандартные спецификации, рекомендованные группой IETF. Благодаря такому подходу удалось обеспечить аутентификацию клиентов Windows 2000 во всех сетях, которые поддерживают Kerberos 5.

Стандарты аутентификации по протоколу Kerberos

Протокол Kerberos был создан в Массачусетском технологическом институте в рамках проекта Athena. Однако общедоступным этот протокол стал лишь после появления версии 4. После того, как специалисты отрасли изучили новый протокол, его авторы разработали и предложили пользователям очередную версию - Kerberos 5, которая и была принята в качестве стандарта IETF. Реализация протокола в Windows 2000 выполнена в строгом соответствии с требованиями, изложенными в документе RFC 1510. Кроме того, при ее разработке были использованы механизм и формат передачи контекстов безопасности в сообщениях Kerberos, описанные в спецификациях Интернета из документа RFC 1964.

Расширения протокола Kerberos

В Windows 2000 нашли применение расширения протокола Kerberos, упрощающие начальную аутентификацию клиентов. Обычно для этой цели используются секретные ключи, которыми должны заранее обменяться между собой участники сеанса, но теперь такую процедуру можно провести с помощью открытых ключей. Благодаря этому появилась возможность интерактивной регистрации пользователя с помощью микропроцессорных карточек. В основу расширений, обеспечивающих аутентификацию с открытым ключом, положена спецификация PKINIT.

Обзор протокола Kerberos

Протокол аутентификации Kerberos предлагает механизм взаимной идентификации клиента и сервера (или двух серверов) перед установлением связи между ними. В протоколе учтено, что начальный обмен информацией между клиентами и серверами происходит в открытой среде, а пакеты, передаваемые по каналам связи, могут быть перехвачены и модифицированы. Другими словами, протокол предназначен для работы в среде, которая очень напоминает сегодняшний Интернет. Здесь злоумышленник легко может имитировать запросы клиента или сервера, перехватывать связь между легитимными клиентами и серверами, даже искажать передаваемую информацию.

Основные концепции

Протокол Kerberos активно использует технологии аутентификации, опирающиеся на "секреты для двоих". Основная концепция довольно проста: если есть секрет, известный только двоим, любой из его хранителей может легко удостовериться, что имеет дело именно со своим напарником. Для этого ему достаточно каким-либо способом проверить, знает ли собеседник их общий секрет.

Рассмотрим это на простом примере. Допустим, Алиса часто посылает сообщения Бобу, который использует содержащуюся в них информацию только тогда, когда полностью уверен, что она поступила именно от Алисы. Чтобы никто другой не смог подделать письма, они договорились о пароле, который пообещали никому больше не говорить. Если из сообщения можно будет заключить, что отправитель знает этот пароль, Боб может точно сказать: оно пришло от Алисы.

Теперь Бобу и Алисе остается только решить, каким образом показать свое знание пароля. Можно, скажем, просто включить его в текст сообщения, например, после подписи: "Alice, Our$ecret". Это было бы очень просто, удобно и надежно, если бы Алиса и Боб были уверены, что никто другой не читает их сообщений. Однако почта передается по сети, где работают и другие пользователи, а среди них есть Кэрол, которая очень любит подключать к сети свой анализатор пакетов в надежде выведать чьи-нибудь секреты. И становится совершенно ясно, что Алиса не может просто назвать пароль в тексте письма. Чтобы секрет оставался секретом, о нем нельзя говорить открыто, нужно найти способ только дать знать собеседнику, что он тебе известен.

В протоколе Kerberos эта проблема решается средствами криптографии с секретным ключом. Вместо того чтобы сообщать друг другу пароль, участники сеанса обмениваются криптографическим ключом, знание которого подтверждает личность собеседника. Один из участников использует такой ключ для шифрования блока информации, а другой с его помощью извлекает эту информацию.

Аутентификаторы

Простой протокол аутентификации с секретным ключом вступает в действие, когда кто-либо стучится в сетевую дверь и просит впустить его. Чтобы доказать свое право на вход, пользователь предъявляет аутентификатор (authenticator) в виде блока информации, зашифрованного с помощью секретного ключа. Содержание этого блока должно меняться при каждом последующем сеансе, в противном случае злоумышленник вполне может проникнуть в систему, воспользовавшись перехваченным сообщением. Получив аутентификатор, привратник расшифровывает его и проверяет полученную информацию, чтобы убедиться в успешности расшифрования. Если все прошло нормально, страж может быть уверен, что человеку, предъявившему аутентификатор, известен секретный ключ. А ведь этот ключ знают всего двое, причем один из них - сам привратник. Таким образом, он делает вывод, что пришелец действительно тот человек, за которого себя выдает.

Но может случиться и так, что субъект, постучавшийся в дверь, захочет провести взаимную аутентификацию. В этом случае используется тот же самый протокол, но в обратном порядке и с некоторыми изменениями. Теперь привратник извлекает из исходного аутентификатора часть информации, а затем шифрует ее, превращая в новый аутентификатор, и в таком виде возвращает пришельцу. Тот, в свою очередь, расшифровывает полученную информацию и сравнивает ее с исходной. Если все совпадает, пришелец может быть уверен: раз привратник расшифровал оригинал, значит, он знает секретный ключ.

А теперь вернемся к нашему примеру. Предположим, Алиса и Боб договорились: перед тем, как пересылать информацию между своими компьютерами, они с помощью известного только им двоим секретного ключа, будут проверять, кто находится на другом конце линии. В ситуации, когда Алиса играет роль осторожного гостя, а Боб - бдительного привратника, это будет выглядеть так.

1. Алиса посылает Бобу сообщение, содержащее ее имя в открытом виде и аутентификатор, зашифрованный с помощью секретного ключа, известного только им двоим. В протоколе аутентификации такое сообщение представляет собой структуру данных с двумя полями. Первое поле содержит информацию об Алисе - ее имя. Во втором поле указывается текущее время на рабочей станции Алисы.

2. Боб получает сообщение и видит, что оно пришло от кого-то, кто называет себя Алисой. Он сразу же достает ключ, которым они с Алисой договорились шифровать аутентификатор, и, расшифровав второе поле, узнает время отправки сообщения.

Задача Боба намного упрощается, если его компьютер работает синхронно с компьютером Алисы, поэтому давайте предположим, что оба они сверяют свои часы с сетевым временем, благодаря чему те идут практически одинаково. Допустим, часы на компьютерах Алисы и Боба никогда не расходятся больше, чем на пять минут. В этом случае Боб может сравнить извлеченное из второго поля аутентификатора значение с текущим временем на своих часах. Если различие составит более пяти минут, компьютер автоматически откажется признавать подлинность аутентификатора.

Если же время оказывается в пределах допустимого отклонения, можно с большой долей уверенности предположить, что аутентификатор поступил именно от Алисы. Но Бобу этого мало, ему нужна полная уверенность. Ведь, рассуждает он, может быть и так: кто-то перехватил предыдущую попытку Алисы связаться со мной и теперь пытается воспользоваться ее аутентификатором. Впрочем, если на компьютере сохранились записи о времени аутентификаторов, поступивших от Алисы за последние пять минут, Боб может найти последний и отказаться от всех других сообщений, отправленных одновременно с ним или ранее. Но если второе поле свидетельствует, что сообщение ушло в сеть уже после отправки последнего аутентификатора Алисы, то и его автором вполне могла быть Алиса.

3. Боб шифрует время из сообщения Алисы с помощью их общего ключа и включает его в собственное сообщение, которое направляет Алисе.

Обратите внимание, что Боб возвращает Алисе не всю информацию из ее аутентификатора, а только время. Если бы он отправил все сразу, у Алисы закралось бы подозрение, что кто-то, решив притвориться Бобом, просто скопировал аутентификатор из ее исходного сообщения и без каких-либо изменений отправил его назад. Но в полученном письме содержится только часть информации, а это значит, что получатель исходного аутентификатора смог расшифровать его и обработать содержащуюся там информацию. А время он выбрал потому, что это поле является уникальным идентификатором сообщения Алисы. Алиса получает ответ Боба, расшифровывает его, а затем сравнивает полученный результат со временем, которое было указано в исходном аутентификаторе. Если эти данные совпадают, она может быть уверена, что ее аутентификатор дошел до того, кто знает их с Бобом секретный ключ. Этот человек смог расшифровать сообщение и извлечь из него информацию о времени. Поскольку ни она, ни Боб никому свой ключ не передавали, Алиса делает вывод, что именно Боб получил ее аутентификатор и ответил на него. Взаимная аутентификация представлена на рисунке 1.

Протокол Kerberos

Рисунок 1 - Взаимная аутентификация (Алиса-Боб)

Управление ключами

При использовании простых протоколов, наподобие описанного выше, возникает одна очень важная проблема. В случае с Алисой и Бобом мы ни слова не сказали о том, как и где они договаривались о секретном ключе для своей переписки. Конечно, люди могут просто встретиться в парке и обсудить все детали, но ведь в сетевых переговорах участвуют машины. Если под Алисой понимать клиентскую программу, установленную на рабочей станции, а под Бобом - службу на сетевом сервере, то встретиться они никак не могут. Проблема еще более осложняется в тех случаях, когда Алисе - клиенту - нужно посылать сообщения на несколько серверов, ведь для каждого из них придется обзавестись отдельным ключом. Да и службе по имени Боб потребуется столько секретных ключей, сколько у нее клиентов. Но если каждому клиенту для поддержания связи с каждой службой требуется индивидуальный ключ, и такой же ключ нужен каждой службе для каждого клиента, то проблема обмена ключами очень быстро приобретает предельную остроту. Необходимость хранения и защиты такого множества ключей на огромном количестве компьютеров создает невероятный риск для всей системы безопасности.

Само название протокола Kerberos говорит о том, как здесь решена проблема управления ключами. Кербер (или Цербер) - персонаж классической греческой мифологии. Этот свирепый пес о трех головах, по поверьям греков, охраняет врата подземного царства мертвых. Трем головам Кербера в протоколе Kerberos соответствуют три участника безопасной связи: клиент, сервер и доверенный посредник между ними. Роль посредника здесь играет так называемый центр распределения ключей Key Distribution Center или, сокращенно, KDC

KDC представляет собой службу, работающую на физически защищенном сервере. Она ведет базу данных с информацией об учетных записях всех главных абонентов безопасности (security principal) своей области (области Kerberos в сетях Windows 2000 соответствует домен, поэтому в дальнейшем мы будем применять именно этот привычный термин). Вместе с информацией о каждом абоненте безопасности в базе данных KDC сохраняется криптографический ключ, известный только этому абоненту и службе KDC. Данный ключ, который называют долговременным, используется для связи пользователя системы безопасности с центром распределения ключей. В большинстве практических реализаций протокола Kerberos долговременные ключи создаются на основе пароля пользователя.

Когда клиенту нужно обратиться к серверу, он, прежде всего, направляет запрос в центр KDC, который в ответ направляет каждому участнику предстоящего сеанса копии уникального сеансового ключа (session key), действующие в течение короткого времени. Назначение этих ключей - проведение аутентификации клиента и сервера. Копия сеансового ключа, пересылаемая на сервер, шифруется с помощью долговременного ключа этого сервера, а направляемая клиенту - долговременного ключа данного клиента.

Протокол Kerberos

Рисунок.2. Управление ключами (в теории)

Теоретически, для выполнения функций доверенного посредника центру KDC достаточно направить сеансовые ключи непосредственно абонентам безопасности, как показано выше. Однако на практике реализовать такую схему чрезвычайно сложно. Прежде всего, серверу пришлось бы сохранять свою копию сеансового ключа в памяти до тех пор, пока клиент не свяжется с ним. А ведь сервер обслуживает не одного клиента, поэтому ему нужно хранить пароли всех клиентов, которые могут потребовать его внимания. В таких условиях управление ключами требует значительной затраты серверных ресурсов, что ограничивает масштабируемость системы. Нельзя забывать и о превратностях сетевого трафика. Они могут привести к тому, что запрос от клиента, уже получившего сеансовый пароль, поступит на сервер раньше, чем сообщение KDC с этим паролем. В результате серверу придется повременить с ответом до тех пор, пока он не получит свою копию сеансового пароля. То есть, нужно будет сохранить состояния сервера, а это накладывает на его ресурсы еще одно тяжкое бремя. Поэтому на практике применяется другая схема управления паролями, которая делает протокол Kerberos гораздо более эффективным. Ее описание приводится ниже.

Сеансовые билеты

В ответ на запрос клиента, который намерен подключиться к серверу, служба KDC направляет обе копии сеансового ключа клиенту, как показано на рис.3. Сообщение, предназначенное клиенту, шифруется посредством долговременного ключа клиента, а сеансовый ключ для сервера вместе с информацией о клиенте вкладывается в блок данных, получивший название сеансового билета (session ticket). Затем сеансовый билет целиком шифруется с помощью долговременного ключа сервера, который знают только служба KDC и данный сервер. После этого вся ответственность за обработку билета, несущего в себе зашифрованный сеансовый ключ, возлагается на клиента, который должен доставить его на сервер.

Протокол Kerberos

Рисунок.3. Управление ключами (на практике)

Обратите внимание, что в данном случае функции службы KDC ограничиваются выдачей билета. Ей больше не нужно следить за тем, все ли отправленные сообщения доставлены соответствующим адресатам. Даже если какое-нибудь из них попадет не туда, - ничего страшного не случится. Расшифровать клиентскую копию сеансового ключа может только тот, кто знает секретный долговременный ключ данного клиента, а чтобы прочесть содержимое сеансового билета, нужен долговременный секретный ключ сервера. Получив ответ KDC, клиент извлекает из него сеансовый билет и свою копию сеансового ключа, которые помещает в безопасное хранилище (оно располагается не на диске, а в оперативной памяти). Когда возникает необходимость связаться с сервером, клиент посылает ему сообщение, состоящее из билета, который по-прежнему зашифрован с применением долговременного ключа этого сервера, и собственного аутентификатора, зашифрованного посредством сеансового ключа. Этот билет в комбинации с аутентификатором как раз и составляет удостоверение, по которому сервер определяет "личность" клиента.

Протокол Kerberos

Рисунок.4. Взаимная аутентификация (клиент-сервер)

Сервер, получив "удостоверение личности" клиента, с помощью своего секретного ключа расшифровывает сеансовый билет и извлекает из него сеансовый ключ, который затем использует для расшифрования аутентификатора клиента. Если все проходит нормально, делается заключение, что удостоверение клиента выдано доверенным посредником, то есть, службой KDC. Клиент может потребовать у сервера проведения взаимной аутентификации. В этом случае сервер с помощью своей копии сеансового ключа шифрует метку времени из аутентификатора клиента и в таком виде пересылает ее клиенту в качестве собственного аутентификатора.

Одно из достоинств применения сеансовых билетов состоит в том, что серверу не нужно хранить сеансовые ключи для связи с клиентами. Они сохраняются в кэш-памяти удостоверений (credentials cache) клиента, который направляет билет на сервер каждый раз, когда хочет связаться с ним. Сервер, со своей стороны, получив от клиента билет, расшифровывает его и извлекает сеансовый ключ. Когда надобность в этом ключе исчезает, сервер может просто стереть его из своей памяти.

Такой метод дает и еще одно преимущество: у клиента исчезает необходимость обращаться к центру KDC перед каждым сеансом связи с конкретным сервером. Сеансовые билеты можно использовать многократно. На случай же их хищения устанавливается срок годности билета, который KDC указывает в самой структуре данных. Это время определяется политикой Kerberos для конкретного домена. Обычно срок годности билетов не превышает восьми часов, то есть, стандартной продолжительности одного сеанса работы в сети. Когда пользователь отключается от нее, кэш-память удостоверений обнуляется, и все сеансовые билеты вместе с сеансовыми ключами уничтожаются.

Билеты на выдачу билетов

Как уже отмечалось, долговременный ключ пользователя создается на основе его пароля. Чтобы лучше понять это, вернемся к нашему примеру. Когда Алиса проходит регистрацию, клиент Kerberos, установленный на ее рабочей станции, пропускает указанный пользователем пароль через функцию хеширования (все реализации протокола Kerberos 5 должны обязательно поддерживать алгоритм DES-CBC-MD5, хотя могут применяться и другие алгоритмы). В результате формируется криптографический ключ.

В центре KDC долговременные ключи Алисы хранятся в базе данных с учетными записями пользователей. Получив запрос от клиента Kerberos, установленного на рабочей станции Алисы, KDC обращается в свою базу данных, находит в ней учетную запись нужного пользователя и извлекает из соответствующего ее поля долговременный ключ Алисы.

Такой процесс - вычисление одной копии ключа по паролю и извлечение другой его копии из базы данных - выполняется всего лишь один раз за сеанс, когда пользователь входит в сеть впервые. Сразу же после получения пользовательского пароля и вычисления долговременного ключа клиент Kerberos рабочей станции запрашивает сеансовый билет и сеансовый ключ, которые используются во всех последующих транзакциях с KDC на протяжении текущего сеанса работы в сети.

На запрос пользователя KDCотвечает специальным сеансовым билетом для самого себя, так называемый билет на выдачу билетов (ticket-granting ticket), или билет TGT. Как и обычный сеансовый билет, TGT содержит копию сеансового ключа для связи службы (в данном случае - KDC) с клиентом. В сообщение с билетом TGT также включается копия сеансового ключа, с помощью которой клиент может связаться с KDC. Билет TGT шифруется посредством долговременного ключа службы KDC, а клиентская копия сеансового ключа - с помощью долговременного ключа пользователя.

Получив ответ службы KDC на свой первоначальный запрос, клиент расшифровывает свою копию сеансового ключа, используя для этого копию долговременного ключа пользователя из своей кэш-памяти. После этого долговременный ключ, полученный из пользовательского пароля, можно удалить из памяти, поскольку он больше не понадобится: вся последующая связь с KDC будет шифроваться с помощью сеансового ключа. Как и все другие сеансовые ключи, он имеет временный характер и действителен до истечения срока действия билета TGT, либо до выхода пользователя из системы. По этой причине такой ключ называют сеансовым ключом регистрации (logon session key). С точки зрения клиента, билет TGT почти ничем не отличается от обычного. Перед подключением к любой службе, клиент, прежде всего, обращается в кэш-память удостоверений и достает оттуда сеансовый билет для этой службы. Если его нет, он начинает искать в этой же кэш-памяти билет TGT. Найдя его, клиент извлекает оттуда же соответствующий сеансовый ключ регистрации и готовит с его помощью аутентификатор, который вместе с TGT высылает в KDC. Одновременно туда направляется запрос на сеансовый билет для требуемой службы. Другими словами, организация безопасного доступа к KDC ничем не отличается от организации такого доступа к любой другой службе домена - она требует сеансового ключа, аутентификатора и билета (в данном случае TGT). С точки же зрения службы KDC, билеты TGT позволяют ускорить обработку запросов на получение билетов, сэкономив несколько наносекунд на пересылке каждого из них. Центр распределения ключей KDC обращается к долговременному ключу пользователя только один раз, когда предоставляет клиенту первоначальный билет TGT. Во всех последующих транзакциях с этим клиентом центр KDC расшифровывает билеты TGT с помощью собственного долговременного ключа и извлекает из него сеансовый ключ регистрации, который использует для проверки подлинности аутентификатора клиента.

Аутентификация за пределами домена

Функции центра KDC можно разделить на две категории: службу аутентификации, в задачу которой входит генерация билетов TGT, и службу выдачи билетов, создающую сеансовые билеты. Такое разделение труда позволяет применять протокол Kerberos и за пределами его "родного" домена. Клиент, получивший билет TGT из службы аутентификации одного домена, может воспользоваться им для получения сеансовых билетов в службах выдачи билетов других доменов.

Чтобы лучше понять принцип междоменной аутентификации, рассмотрим для начала простейшую сеть, содержащую всего два домена - "Восток" и "Запад". Предположим, что администраторы этих доменов являются сотрудниками одной организации или у них есть какие-либо другие веские причины уравнять пользователей второго домена со своими собственными. В любом из этих случаев наладить аутентификацию между доменами нетрудно, для этого достаточно договориться о едином междоменном ключе (в Windows 2000 такой ключ генерируется автоматически, когда между доменами устанавливаются доверительные отношения). Как только ключ создан, служба выдачи билетов каждого домена регистрируется в центре KDC другого домена в качестве главного абонента безопасности. В результате служба выдачи билетов каждого из доменов начинает рассматривать службу выдачи билетов второго домена, как еще одну свою службу. Благодаря этому клиент, прошедший аутентификацию и зарегистрировавшийся в системе, может запрашивать и получать сеансовые билеты для нее.

А теперь рассмотрим, что происходит, когда пользователь с учетной записью в домене "Восток" запрашивает доступ к серверу из домена "Запад". Прежде всего, клиент Kerberos, установленный на рабочей станции этого пользователя, посылает запрос в службу выдачи билетов своего домена, в котором просит выдать сеансовый билет для доступа на нужный сервер. Служба выдачи билетов домена "Восток" проверяет список своих абонентов безопасности и убеждается, что такого сервера среди них нет. Поэтому она направляет клиенту так называемый билет переадресации (referral ticket), который представляет собой TGT, зашифрованный с помощью междоменного ключа, общего для служб KDC доменов "Восток" и "Запад". Получив билет переадресации, клиент использует его для подготовки другого запроса на сеансовый ключ. Однако на этот раз запрос пересылается в службу выдачи билетов того домена, где находится учетная запись нужного сервера, то есть, домена "Запад". Его служба выдачи билетов пытается расшифровать билет переадресации с помощью собственной копии междоменного ключа. Если попытка удается, центр KDC направляет клиенту сеансовый билет на доступ к соответствующему серверу своего домена.

Процесс переадресации запроса несколько усложняется в сетях, где развернуто более двух доменов. Теоретически служба KDC каждого домена может установить непосредственную связь с аналогичными службами всех доменов сети, договорившись с каждой из них об индивидуальном междоменном ключе. Однако на практике количество и сложность подобных взаимосвязей очень быстро возрастают до такой степени, что становятся просто неуправляемыми, особенно в сложных сетях. Протокол Kerberos решает эту проблему, делая ненужными прямые связи между доменами. Клиент одного домена может получить билет на доступ к серверу другого домена через один или несколько промежуточных серверов, каждый из которых выдаст ему билет переадресации.

В качестве примера рассмотрим сеть, состоящую из трех доменов: "Восток", "Запад" и "Штаб-квартира". В службе KDC домена "Восток" нет междоменного ключа для аналогичной службы домена "Запад", но центры распределения ключей обоих доменов наладили обмен билетами с доменом "Штаб-квартира". Когда пользователь с учетной записью в домене "Восток" хочет подключиться к серверу из домена "Запад", его запрос будет переадресован дважды. Сначала он пройдет через службу KDC "родного" домена, затем - через промежуточный домен "Штаб-квартира" и, наконец, достигнет центра распределения ключей домена "Запад", которому известен ключ нужного сервера. Таким образом, клиент здесь посылает сеансовые билеты трижды в три различные службы KDC.

1. Клиент запрашивает у службы KDC домена "Восток" билет на доступ к серверу домена "Запад". Служба KDC домена "Восток" направляет клиенту билет переадресации в службу KDC домена "Штаб-квартира", зашифрованный с междоменным ключом, общим для доменов "Восток" и "Штаб-квартира".

2. Клиент обращается в службу KDC домена "Штаб-квартира" с просьбой о билете на доступ к серверу домена "Запад". Служба KDC домена "Штаб-квартира" направляет клиенту билет переадресации в службу KDC домена "Запад", зашифрованный с междоменным ключом, общим для доменов "Штаб-квартира" и "Запад".

3. Клиент обращается в службу KDC домена "Запад" с просьбой о билете на доступ к серверу домена "Запад". Служба KDC домена "Запад" направляет клиенту билет на доступ к нужному серверу.

Подпротоколы

Протокол Kerberos содержит в себе три подпротокола. Первый из них используется службой KDC для передачи клиенту сеансового ключа регистрации и билета TGT. Он называется Authentication Service Exchange (обмен со службой аутентификации) или, сокращенно AS Exchange. Второй подпротокол под названием Ticket-Granting Service Exchange (обмен со службой выдачи билетов) или TGS Exchange служит для рассылки служебных сеансовых ключей и сеансовых ключей самой службы KDC. Третий подпротокол, Client/Server Exchange (клиент-серверный обмен) или CS Exchange, используется клиентом для пересылки сеансового билета доступа к службам.

Чтобы лучше разобраться в том, как эти подпротоколы взаимодействуют между собой, давайте посмотрим, что происходит, когда Алиса, пользователь рабочей станции, обращается к Бобу, сетевой службе.

Протокол Kerberos

Рисунок.5. Подпротокол AS Exchange

Получив запрос KRB_AS_REQ, служба KDC обращается в свою базу данных и находит в ней долговременный ключ Алисы, после чего расшифровывает данные предварительной аутентификации и оценивает метку времени, содержащуюся в них. Если проверка прошла успешно, служба KDC делает вывод, что данные предварительной аутентификации были зашифрованы с долговременным ключом Алисы и, следовательно, поступили от клиента, имя которого содержится в первой части сообщения.

После того, как проверка личности Алисы завершена, служба KDC генерирует удостоверение, подтверждающее, что клиент Kerberos на ее рабочей станции имеет право обратиться к службе выдачи билетов. Этот процесс выполняется в два этапа. Во-первых, KDC создает сеансовый ключ регистрации и шифрует его копию с помощью долговременного ключа Алисы. Во-вторых, служба включает еще одну копию сеансового ключа регистрации в билет TGT. Туда же заносятся и другая информация об Алисе, например, ее данные авторизации. Затем KDC шифрует билет TGT с собственным долговременным ключом и, наконец, включает зашифрованный сеансовый ключ регистрации вместе с билетом TGT в пакет KRB_AS_REP (Kerberos Authentication Service Reply - ответ службы аутентификации Kerberos), который направляет клиенту.

Получив такое сообщение, клиент расшифровывает сеансовый ключ регистрации и сохраняет его в кэш-памяти удостоверений. После этого из сообщения извлекается билет TGT, который также помещается в эту кэш-память.

Подпротокол TGS Exchange

Клиент Kerberos, установленный на рабочей станции Алисы, запрашивает удостоверение на доступ к службе Боб, для чего посылает в службу KDC сообщение KRB_TGS_REQ (Kerberos Ticket-Granting Service Request - запрос к службе выдачи билетов Kerberos). В него включается имя пользователя, аутентификатор, зашифрованный с помощью сеансового ключа регистрации Алисы, билет TGT, который был получен с помощью подпротокола AS Exchange, а также имя службы, на доступ к которой нужен билет.

Протокол Kerberos

Рисунок.6. Подпротокол TGS Exchange

Получив запрос KRB_TGS_REQ, служба KDC с помощью собственного секретного ключа расшифровывает билет TGT и извлекает из него сеансовый ключ регистрации Алисы, который тут же использует для расшифровки аутентификатора. Если содержимое аутентификатора выдерживает проверку, служба KDC извлекает из билета TGT регистрационные данные Алисы и генерирует сеансовый ключ, общий для клиента Алисы и службы Боб. Одну копию этого ключа KDC шифрует с помощью сеансового ключа регистрации Алисы, а другую вместе с данными авторизации Алисы помещает в билет, который шифрует с помощью долговременного ключа Боба. После этого удостоверение Алисы включается в пакет KRB_TGS_REP (Kerberos Ticket-Granting Service Reply - ответ службы выдачи билетов Kerberos) и направляется на ее рабочую станцию.

Получив такое сообщение, клиент с помощью сеансового ключа регистрации Алисы расшифровывает сеансовый ключ доступа к службе и помещает его в кэш-память удостоверений. После этого клиент извлекает билет на доступ к службе и сохраняет его в той же кэш-памяти.

Подпротокол CS Exchange

Клиент Kerberos, установленный на рабочей станции Алисы, обращается к службе Боб, для чего посылает на нее запрос KRB_AP_REQ (Kerberos Application Request - запрос приложения Kerberos). Это сообщение содержит аутентификатор Алисы, зашифрованный посредством сеансового ключа для службы Боб, билет, полученный с помощью протокола TGS Exchange, а также флаг, указывающий о желании клиента провести взаимную аутентификацию (наличие или отсутствие этого флага определяется конфигурацией Kerberos; он устанавливается автоматически без запроса пользователя).

Протокол Kerberos

Рисунок.7. Подпротокол CS Exchange

Получив сообщение KRB_AP_REQ, служба Боб расшифровывает билет, извлекает из него данные авторизации Алисы и сеансовый ключ, с помощью которого сразу же расшифровывает аутентификатор Алисы. Если метка времени, заложенная в него, выдерживает проверку, Боб ищет в запросе флаг взаимной аутентификации. Найдя его, Боб шифрует метку времени из аутентификатора Алисы сеансовым ключом, включает полученный результат в пакет KRB_AP_REP (Kerberos Application Reply - ответ приложения Kerberos) и возвращает его на рабочую станцию Алисы.

После получения пакета клиент рабочей станции Алисы расшифровывает аутентификатор Боба, используя для этого сеансовый ключ, и сравнивает полученную метку времени с исходной. Если они совпадают, делается вывод, что связь установлена с нужной службой, и можно приступать к обмену информацией.

Билеты

Выше мы говорили о билетах лишь в общих чертах. Теперь пришло время более подробно рассмотреть, что же это такое, как рассчитывается срок годности билета, и какая его часть становится известной клиенту. Все эти детали важны для разработки политики Kerberos, поэтому к ним нужно присмотреться как можно ближе.

Что такое билет

В рамках данного информационного документа достаточно перечислить поля билета и описать содержащуюся в них информацию. Более подробно структура билета и различных сообщений Kerberos описана в документе RFC 1510, как представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Структура билета и различных сообщений Kerberos

Название поля	Описание
	Первые три поля билета не шифруются. Содержащаяся здесь информация пересылается открытым текстом, что позволяет клиенту использовать ее для управления билетами, хранящимися в кэш-памяти.
tkt-vno	Номер версии формата билета. Для Kerberos 5 здесь указывается цифра 5.
Realm	Имя области (домена), где генерирован билет. Служба KDC может создавать билеты только для серверов собственной области, поэтому здесь, по существу, указывается имя области, где расположен сервер.
Sname	Имя сервера
Flags	Флаги билета.
Key	Сеансовый ключ
Crealm	Имя области (домена) клиента.
Cname	Имя клиента.
Transited	Список областей Kerberos, принимавших участие в аутентификации клиента, которому выдан данный билет.
Authtime	Время первоначальной аутентификации клиента. Служба KDC заполняет это поле в момент генерации билета TGT. При генерации билетов на основе билета TGT временная метка из поля authtime билета TGT копируется в поле authtime генерируемого билета.
Starttime	Время вступления билета в силу.
Endtime	Время истечения срока действия билета.
renew-till	Наибольшее значение поля endtime, которое может быть задано с помощью флага RENEWABLE (поле необязательное).
Caddr	Один или несколько адресов, из которых может использоваться данный билет. Поле необязательное. Если оно не заполнено, билетом можно воспользоваться из любого адреса.
Authorization-data	Атрибуты привилегий клиента. Поле необязательное. Его содержимое Kerberos не обрабатывает - оно интерпретируется службой.

Содержимое поля flags адресуется побитно. Включение и выключение флагов здесь производится изменением значения (0 или 1) соответствующего бита. Длина поля - 32 разряда, однако для администратора Kerberos интерес представляют только 9 флагов билета, представленные в таблице 2.

Таблица 2 - Флаги билета Kerberos

Флаг	Описание
FORWARDABLE	Указывает, что на основании данного билета TGT служба выдачи билетов может генерировать новый билет TGT с другим сетевым адресом (поле имеется только в билетах TGT).
FORWARDED	Указывает на то, что данный билет TGT был переадресован или генерирован на основе другого билета TGT, прошедшего переадресацию.
PROXY	Указывает на то, что сетевой адрес в данном билете отличается от адреса, приведенного в билете TGT, на основании которого он выдан.
RENEWABLE	Используется в сочетании с полями endtime и renew-till, разрешая периодическое обновление службой KDC билетов с повышенным срока действия.
INITIAL	Указывает, что данный билет является билетом выдачи билетов (поле имеется только в билетах TGT).

Какие данные из билета известны клиенту

Клиенту необходимо знать часть информации, содержащейся как в обычных билетах, так и в билетах TGT, чтобы управлять своей кэш-памятью удостоверений. Возвращая билет и сеансовый ключ в рамках подпротоколов AS Exchange или TGS Exchange, служба KDC упаковывает клиентскую копию сеансового ключа в структуру данных, где уже могут быть заполнены поля flags, authtime, starttime, endtime и renew-till. Вся эта структура шифруется с помощью ключа клиента, включается в пакет KRB_AS_REP или KRB_TGS_REP и возвращается на рабочую станцию клиента.

Как служба KDC ограничивает срок действия билета

В билете указывается время начала и конца его действия. В течение этого промежутка клиент, которому выдан данный билет, может неограниченное количество раз представить его для получения доступа к службе. Чтобы уменьшить риск компрометации билета или соответствующего сеансового ключа, администратор вправе ограничить максимальный срок действия билета. Этот срок является одним из элементов политики Kerberos.

Запрашивая в центре KDC билет для доступа к службе, клиент может указать конкретное время начала его действия. Если этого не сделано или заданное время уже минуло, центр KDC указывает в поле starttime текущее время.

Но независимо от того, указал клиент время начала действия билета или нет, запрос обязательно должен содержать время прекращения срока его действия. Получив такой запрос, служба KDC рассчитывает значение поля endtime. Для этого она суммирует наибольший срок действия билета, предусмотренный политикой Kerberos, со значением поля starttime, а затем сравнивает полученный результат со временем прекращения действия билета, указанным в запросе клиента. Если они не совпадают, в поле endtime заносится то время, которое наступит раньше.

Что происходит после истечения срока действия билета

О скором истечении срока действия сеансового билета или билета TGT служба KDC не уведомляет клиента. Не следит она и за транзакциями с клиентом, если не считать краткосрочных записей, главная цель которых - предотвратить повторное использование перехваченных пакетов.

Если клиент, пытаясь подключиться к серверу, передаст просроченный сеансовый билет, то в ответ он получит сообщение об ошибке. В этом случае клиенту придется вновь обращаться в службу KDC и заказывать новый сеансовый билет. Однако после аутентификации подключения срок действия сеансового билета перестает играть какую-либо роль, поскольку он нужен только для подключения к серверу. Даже если срок действия сеансового билета прекратится во время проведения сеанса, это никак не скажется на ходе текущих операций.

Может случиться и так, что клиент включит просроченный билет TGT в свой запрос на сеансовый билет, который направит в службу KDC. В этом случае центр выдачи билетов перешлет клиенту сообщение об ошибке, после чего клиенту придется запросить новый билет TGT, а для этого ему понадобится долговременный ключ пользователя. Если в процессе начальной регистрации такой ключ не был занесен в кэш-память, система может попросить пользователя еще раз ввести свой пароль, на основании которого будет вновь рассчитан долговременный ключ.

Обновляемые билеты TGT

Один из методов защиты сеансовых ключей состоит в частой их смене. С этой целью в политике Kerberos можно предусмотреть относительно небольшой максимальный срок действия билетов. Но есть и другой способ - использовать обновляемые билеты. При этом обеспечивается периодическое обновление сеансовых ключей без необходимости запрашивать новый билет. Если политика Kerberos разрешает применение обновляемых билетов, служба KDC включает в каждый генерируемый билет флаг RENEWABLE и указывает два срока истечения его действия. Первый из них ограничивает жизнь текущего экземпляра билета, а второй определяет общее время, в течение которого может использоваться билет с учетом его обновлений.

Поле endtime указывает, когда истекает срок действия текущего экземпляра билета. Как и в случае с необновляемыми билетами, значение этого поля равно сумме значения из поля starttime и наибольшего срока действия билетов, определенного политикой Kerberos. Клиент, использующий обновляемый билет, должен представить его в службу KDC для обновления до времени, указанного в поле endtime. Одновременно с билетом в центр распределения ключей направляется и новый аутентификатор. Получив билет, который нужно обновить, служба KDC, прежде всего, проверяет общий срок его действия, указанный в поле renew-till. Это время задается при первичной генерации билета. Оно определяется путем суммирования значения из поля starttime с максимально допустимым политикой Kerberos сроком действия билета с учетом всех обновлений. Если указанное в поле renew-till время еще не наступило, служба KDC генерирует новый экземпляр билета, где указывает более позднее время endtime и заменяет сеансовый ключ.

Это дает администратору возможность предусмотреть в политике Kerberos сравнительно частое обновление билетов, например, ежедневно. Смена сеансовых ключей при обновлении билета намного снижает риск их компрометации. В то же время администратор может задать довольно длительное общее время использования билета - неделю, месяц, а то и больше. По истечении этого срока билет становится полностью непригодным для дальнейшего использования и обновлению не подлежит.

Делегирование аутентификации

Определенную сложность для протокола Kerberos создают многоуровневые клиент-серверные приложения. Здесь клиент может подключаться к серверу, который, в свою очередь, должен будет подключиться к другому серверу более высокого уровня. Для этого первому серверу понадобится билет на подключение ко второму. В идеале такой билет должен ограничивать доступ первого сервера ко второму лишь теми функциями, на которые клиент имеет права.

Для решения этой проблемы в протоколе Kerberos имеется специальный механизм - так называемое делегирование аутентификации. По существу, в такой ситуации клиент поручает свою аутентификацию серверу. С этой целью он уведомляет службу KDC о том, что данный сервер имеет право представлять клиента. Такой подход напоминает концепцию имперсонации (concept of impersonation) Windows 2000.

Делегирование аутентификации возможно двумя способами. Во-первых, клиент может получить билет на подключение к серверу высшего уровня, а затем передать его ближайшему серверу. Билеты, полученные таким способом - клиентом для ближайшего сервера - называются представительскими (proxy tickets). Однако на этом пути имеется одна серьезная трудность: чтобы получить представительский билет, клиенту нужно знать имя сервера высшего уровня. Решить проблему помогает второй способ делегирования аутентификации. Здесь клиент передает на ближайший к нему сервер свой билет TGT, который тот по мере необходимости использует для запроса собственных билетов. Билеты TGT, полученные таким образом, то есть, по удостоверению клиента, называются передаваемыми (forwarded tickets). Какой из описанных способов применяется службой KDC, зависит от политики Kerberos.

Вывод

Kerberos это - сетевой протокол аутентификации, позволяющий безопасно передавать данные через незащищённые сети для безопасной идентификации. Также является набором бесплатного ПО от Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology (MIT)), разработавшего этот протокол. Её организация направлена в первую очередь на клиент-серверную модель и обеспечивает взаимную аутентификацию - оба пользователя через сервер подтверждают личности друг друга. Сообщения, отправляемые через протокол Kerberos, защищены от прослушивания и атак повторного воспроизведения.

Kerberos является одним из вариантов протокола Нидхема-Шрёдера, основан на симметричной криптосистеме и требует третье доверенное лицо (сервер). Расширение Kerberos позволяет использовать открытые ключи в процессе аутентификации.

Список использованных исочников

По материалам ресурса http://ru.wikipedia.org/wiki/Kerberos

По материалам ресурса http://www.oszone.net/4188_4/Kerberos

Курсовая работа: Протокол Kerberos

Похожие работы: