Kerberos协议深度解析

Kerberos协议中的三个主体分别是：Client/Server/KDC[密钥分发中心]
其中KDC由AS[Authentication Server]认证服务，TGS[Ticket-Granting Server]票据授予中心和AD[Account Database]账户数据库组成

Kerberos的核心思想是：提供一个安全的身份验证机制，允许在不安全的网络环境中两个通信实体能够相互验证对方的身份，并且确保它们之间的通信是加密和安全的。

Kerberos身份认证的本质是一种挑战—应答机制（Challenge-Response Protocol）

kerberos解决了如下两个问题：
1.服务端如何信任客户端有权限访问服务
2.客户端如何信任服务端服务不是恶意服务

下面开始聊kerberos的完整认证流程

前置知识

其中涉及如下几组密钥：
1.Client Hash (这是客户端用户密码通过NTML算法得到的一个hash值)，Client Hash被作为密钥加密 Client 与 KDC之间的通信，也起到了认证的功能
2.Server Hash (这是服务端端用户密码通过NTML算法得到的一个hash值)，Server Hash被作为密钥加密 票据(Ticket),保护Server Session Key的功能以及避免票据被滥用的功能
3.KDC Hash (这是一个只有KDC知道的密钥,本质是KDC中一个特殊用户的用户密码生成的Hash), KDC Hash被用来加密TGT (Ticket-Granting Ticket 票据授予票据) 保护在传输过程中TGT不被篡改
4.Session key(是一个通过AS_REP这一步协商得来的密钥，本质上是一个十六位的随机数),Session key用来加密 Client 与 TGS之间的通信。
5.Server Session key(是一个通过TGS_REP这一步协商得来的密钥，本质上是一个十六位的随机数),Server Session key用来加密后续所有Client与Server之间的通信

KDC包括如下三个部分：

1. 认证服务器（Authentication Server，AS）：
   • 负责对用户进行初步认证。
   • 一旦用户认证成功，AS会发放 票据授权票据（Ticket-Granting Ticket，TGT）和相应的票据授权服务（Ticket-Granting Service，TGS）的会话密钥。
2. 票据授权服务器（Ticket-Granting Server，TGS）：
   • 负责发放针对特定服务的服务票据（Service Ticket，ST）。
   • 当客户端使用TGT请求特定服务的票据时，TGS会验证TGT的有效性，并发放相应的服务票据。
3. 账户数据库（Account Database,AD）:
   • 存储着用户信息包括NTML-Hash(这是一个通过用户密码生成的Hash,一个NTML-Hash对应一个用户)
   • NTML-Hash在kerberos中用来作为密钥加密通信，也把加密内容作为挑战，如果客户端能解密出内容并返回结果，则认证通过。

认证流程如下：

1. AS_REQ（Authentication Service Request）：客户端向认证服务器（AS）发送一个认证请求，希望获得对某个服务的访问权限。AS_REQ中包含：
   • 1.Client Info(用于告诉AS自己是谁)
   • 2.Client Hash加密的时间戳(用时间戳来判断是否遭受中间人攻击，如果时间间隔超过设定阈值则认定为遭受中间人攻击)
2. AS_REP（Authentication Service Response）：AS收到AS_REQ后会做如下几件事：
   • 认证服务器（AS）验证客户端的请求：通过Client Info 去账户数据库（AD）中查找对应用户的NTML-Hash(这里称作Client Hash)，由于使用的是对称加密，如果Client Hash可以解密加密的内容，也就表明了发送者的密钥就是Client Hash,也就认为发送者就是Client Info所述的用户。
   • AS根据解密出来的时间戳判断是否遭受攻击
   • 如果都通过，AS会发放一个包会包含如下内容：
     A.KDC Hash加密的TGT：1.Session Key（作为Client与TGS通信的密钥） 2.Client Info 3.END Time(票据有效截至时间)
     B.Client Hash 加密的 Session key
   • Q&A:
     TGT中的Session Key 与 Client Hash 加密的 Session Key是相同的，那为什么要传输两个Session Key 呢？
     A.TGT中的session key是给TGS的，TGS知道KDC Hash可以解密出Session Key,确保只有TGS可以拿到
     B.Client Hash 加密的 session key是给Client的，确保只有 Client可以拿到
     C.Client拿到Session key后会用来加密与TGS的通信，TGS因为可以解密出Session Key 和TGT中的Client Info，所以验证了Client的身份
3. TGS_REQ（Ticket-Granting Service Request）：客户端使用TGT向票据授权服务器（TGS）请求服务票据（Service Ticket, ST）。请求中包含了客户端希望访问的服务的信息。
   • Client收到 加密的TGT 和 加密的Session Key 后，只能解密出Session key(因为TGT是KDC Hash加密的)
   • 向TGS发送出：
     A.Session key加密的时间戳
     B.原封不动的TGT+SPN（一个对服务的唯一标识，告诉TGS要访问哪个服务）
4. TGS_REP（Ticket-Granting Service Response）：TGS验证TGT的有效性，如果TGT有效，TGS发放一个服务票据（ST）和一个与该服务相关的会话密钥给客户端。
   • 用KDC Hash解密出TGT中的Session key,client info,END Time
   • 用Session key去解密时间戳，并判断中间人攻击（由于TGT中拿到的Session key可以解密出时间戳，所以也验证了Client的身份）
   • 在账户数据库（AD）中查找client是否有权限访问请求的服务
   • 通过则发送出：
     A.Session key 加密的 Server Session Key
     B.Server Hash 加密的 ST[Server Ticket 服务票据]:其中包含 1. Server Session key 2.请求的服务信息SPN 3.Client Info
5. AP_REQ（Application Request）：客户端使用服务票据（ST）向目标服务发起请求，请求中包含服务票据和客户端生成的认证器（Authenticator），后者使用与服务相关的会话密钥加密。
   • Client 收到 Session key 加密的 Server Session Key后解密出Server Session Key
   • 向server发送出:
     A.用Server Session Key加密时间戳
     B.原封不动的服务票据[Server Ticket ST]
6. Option PAC Valid Request：这步是进行权限验证，验证Client是否有权限访问指定服务，AS会验证Client info 中的用户名主机名和IP是否有权限访问SPN指定的服务
7. Option PAC Valid Response：返回验证结果
8. AP_REP（Application Response）：服务端使用其密钥解密服务票据，验证Client info是否和向自己发出请求的客户端主机名和IP一致，并根据Option PAC Valid Response 确定client是否有权限访问，如果都通过则返回AP_REP以完成相互认证。
   • Server解密出ST，获得其中的Server Session Key,Client Info,请求的服务信息
   • Server Session Key 解密时间戳并验证是否遭受中间人攻击
   • 发出Server Session Key 加密的响应
9. Session Establishment：
   • 一旦客户端和服务器相互认证成功，它们就可以使用之前协商的Server Session Key来加密它们之间的通信。

白银票据攻击

白银票据攻击前提：拥有Server Hash

在AP_REQ中发送了Server Hash加密的Ticket,其中Server Session Key又是在Ticket中的,所以是不是表明如果我们有Server Hash就可以伪造任意服务票据(ST)访问Server Hash的服务了，而且不用经过KDC

黄金票据攻击

黄金票据攻击前提：
1.拥有krbtgt Hash[krbtgt 用户的NTML Hash]也就是前面的KDC Hash，用于签发TGT的
2.能与KDC通信

在TGS_REQ中发送了krbtgt hash加密的TGT,其中Session Key又是在TGT中的,所以是不是表明如果我们有krbtgt hash就可以伪造任意Session key,利用TGS对Session key的信任，让其信任攻击者(因为TGS对client的信任来自于AS签发的Session Key)。这样只要攻击者拥有krbtgt hash就能让TGS给攻击者签发可以访问任何服务端任何访问的票据。

白银票据和黄金票据的区别：

1. 白银票据欺骗的是Server，而且一个 Server Hash 只能访问一个Server
2. 黄金票据欺骗的是TGS，服务票据（ST）还是由TGS签发，同时利用Server对TGS的信任访问Server。拥有krbtgt hash可以伪造任何TGT，利用TGS签发的 服务票据（ST）可以访问域内任何服务
3. 但是黄金票据需要能够与KDC通信才能访问Server,而白银票据不需要与KDC通信也能访问对应服务