В прошлой части нашего цикла мы рассмотрели работу протоколов семейства NTLM, отметив ряд их существенных недостатков, которые невозможно решить в рамках протокола. Поэтому вместе с Active Directory на смену им пришел более совершенный протокол Kerberos, который продолжает успешно применяться до сих пор. В данном материале мы рассмотрим общие принципы функционирования данного протокола, что позволит получить начальные знания в этой области самым широким массам читателей.
Онлайн-курс по устройству компьютерных сетей
На углубленном курсе "Архитектура современных компьютерных сетей" вы с нуля научитесь работать с Wireshark и «под микроскопом» изучите работу сетевых протоколов. На протяжении курса надо будет выполнить более пятидесяти лабораторных работ в Wireshark.
Протокол Kerberos был разработан в Массачусетском технологическом институте (MIT) в рамках проекта «Афина» в 1983 году и долгое время использовался в качестве образовательного, пока версия 4 не была сделана общедоступной. В настоящий момент принята в качестве стандарта и широко используется следующая версия протокола Kerberos 5.
Основным недостатком протокола NTLM служит то, что он не предусматривает взаимную аутентификацию клиента и сервера, это во многом обусловлено тем, что протокол изначально разрабатывался для небольших сетей, где все узлы считаются легитимными. Несмотря на то, что в последних версиях протокола сделаны серьезные улучшения безопасности, но направлены они в основном на усиление криптографической стойкости, не устраняя принципиальных недостатков.
В доменных сетях протоколы NTLM вызывают повышенную нагрузку на контроллеры домена, так как всегда обращаются к ним для аутентификации пользователя. При этом также отсутствует взаимная идентификация узлов и существует возможность накопления пакетов для последующего анализа и атаки с их помощью.
В отличии от NTLM Kerberos изначально разрабатывался с условием, что первичная передача информации будет производиться в открытых сетях, где она может быть перехвачена и модифицирована. Также протокол предусматривает обязательную взаимную аутентификацию клиента и сервера, а взаимное доверие обеспечивает единый удостоверяющий центр, который обеспечивает централизованную выдачу ключей.
Перед тем как продолжить, следует прийти к соглашению по поводу используемых в статье терминов. Так под термином клиент будет рассматриваться любой узел сети, обращающийся к любому иному узлу - серверу - с целью доступа к любому из его ресурсов.
Основой инфраструктуры Kerberos является Центр распространения ключей (Key Distribution Center, KDC), который является доверенным центром аутентификации для всех участников сети (принципалов). Область Kerberos (Realm) - пространство имен для которых данный KDC является доверенным, как правило это область ограниченная пространством имен домена DNS, в Active Directory область Kerberos совпадает с доменом AD. Область Kerberos записывается в виде соответствующего ему доменного имени DNS, но в верхнем регистре. Принципалом или учетной записью Kerberos является любой участник отношений безопасности: учетная запись пользователя, компьютер, сетевая служба и т.д.
Центр распространения ключей содержит долговременные ключи для всех принципалов, в большинстве практических реализаций Kerberos долговременные ключи формируются на основе пароля и являются так называемым "секретом для двоих". С помощью такого секрета каждый из его хранителей может легко удостовериться, что имеет дело со своим напарником. При этом долговременные ключи не при каких обстоятельствах не передаются по сети и располагаются в защищенных хранилищах (KDC), либо сохраняются только на время сеанса.
Для принципалов, которые не являются членами домена AD, могут использоваться специальные keytab-файлы, которые содержат сведения о клиенте, домене и его долговременный ключ. В целях безопасности keytab-файл нельзя передавать по незащищенным каналам, а также следует обеспечить его безопасное хранение у принципала.
В структуре Active Directory центр распространения ключей располагается на контроллере домена, но не следует путать эти две сущности, каждая из них является самостоятельной и выполняет свои функции. Так Kerberos отвечает только за аутентификацию клиентов, т.е. удостоверяет, что некто является именно тем, за кого себя выдает. Авторизацией, т.е. контролем прав доступа, занимается контроллер домена, в свою очередь разрешая или ограничивая доступ клиента к тому или иному ресурсу.
Рассмотрим каким образом происходит аутентификация клиента по протоколу Kerberos.
Желая пройти проверку подлинности в сети, клиент передает KDC открытым текстом свое имя, имя домена и метку времени (текущее время клиента), зашифрованное долговременным ключом клиента. Метка времени в данном случае выступает в роли аутентификатора - определенной последовательности данных, при помощи которой узлы могут подтвердить свою подлинность.
Получив эти данные KDC извлекает долговременный ключ данного пользователя и расшифровывает метку времени, которую сравнивает с собственным текущим временем, если оно отличается не более чем на 5 минут (значение по умолчанию), то метка считается действительной. Эта проверка является дополнительной защитой, так как не позволяет использовать для атаки перехваченные и сохраненные данные.
Убедившись, что метка времени действительна KDC выдает клиенту сеансовый ключ и билет (тикет) на получение билета (ticket granting ticket, TGT), который содержит копию сеансового ключа и сведения о клиенте, TGT шифруется с помощью долговременного ключа KDC и никто кроме него билет расшифровать не может. Сеансовый ключ шифруется с помощью долговременного ключа клиента, а полученная от клиента метка времени возвращается обратно, зашифрованная уже сеансовым ключом. Билет на получение билета является действительным в течении 8 часов или до завершения сеанса пользователя.
Клиент в первую очередь расшифровывает сеансовый ключ, затем при помощи этого ключа метку времени и сравнивает ее с той, что он отправил KDC, если метка совпала, значит KDC тот, за кого себя выдает, так как расшифровать метку времени мог только тот, кто обладает долговременным ключом. В этом случае клиент принимает TGT и помещает его в свое хранилище.
Чтобы лучше понять этот механизм приведем небольшой пример. Если злоумышленник перехватил посланный KDC запрос, то он может на основе открытых данных послать клиенту поддельный сеансовый ключ и TGT, но не сможет расшифровать метку времени, так как не обладает долговременным ключом. Точно также, он может перехватить отправленные клиенту TGT и сеансовый ключ, но также не сможет расшифровать последний, не имея долговременного ключа. Перехватить долговременный ключ он не может, так как они по сети не передаются.
Успешно пройдя аутентификацию, клиент будет располагать сеансовым ключом, которым впоследствии он будет шифровать все сообщения для KDC и билетом на получение билета (TGT).
Теперь рассмотрим ситуацию, когда клиент хочет обратиться к серверу.
Для этого он снова обращается к KDC и посылает ему билет на получение билета, зашифрованную сеансовым ключом метку времени и имя сервера. Прежде всего KDC расшифровывает предоставленный ему TGT и извлекает оттуда данные о клиенте и его сеансовый ключ, обратите внимание, что сам KDC сеансовые ключи не хранит. Затем сеансовым ключом он расшифровывает данные от клиента и сравнивает метку времени с текущим. Если расхождения нет, то KDC формирует общий сеансовый ключ для клиента и сервера.
Теоретически теперь данный ключ следует передать как клиенту, так и серверу. Но KDC имеет защищенный канал и установленные доверительные отношения только с клиентом, поэтому он поступает по-другому. Экземпляр сеансового ключа для клиента он шифрует сессионным ключом, а копию сеансового ключа для сервера он объединяет с информацией о клиенте в сеансовый билет (session ticket), который шифрует закрытым ключом сервера, после чего также отправляет клиенту, дополнительно зашифровав сессионным ключом.
Таким образом клиент получает сессионный ключ для работы с сервером и сессионный билет. Получить содержимое билета, как и TGT, он не может, так как не располагает нужными долговременными ключами.
Теперь, имея новый ключ и билет, клиент обращается непосредственно к серверу:
Он предъявляет ему сеансовый билет и метку времени, зашифрованную сессионным ключом. Сервер расшифровывает билет, извлекает оттуда свой экземпляр ключа и сведения о клиенте, затем расшифровывает метку времени и сравнивает ее с текущим. Если все нормально, то он шифрует полученную метку своим экземпляром сессионного ключа и посылает назад клиенту. Клиент расшифровывает ее своим сеансовым ключом и сравнивает с тем, что было послано серверу. Совпадение данных свидетельствует о том, что сервер тот, за кого себя выдает.
Как можно заметить, сеансовые ключи никогда не передаются по незащищенным каналам и не передаются узлам, с которыми нет доверительных отношений. У KDC нет доверительных отношений с сервером, и он не может передать ему сессионный ключ, так как нет уверенности, что ключ будет передан кому надо. Но у него есть долговременный ключ этого сервера, которым он шифрует билет, это гарантирует, что никто иной не прочитает его содержимое и не получит сессионный ключ.
Клиент имеет билет и свой экземпляр ключа, доступа к содержимому билета у него нет. Он передает билет серверу и ждет ответ в виде посланной метки времени. Сервера, как и KDC, не хранят сеансовые ключи, а, следовательно, расшифровать метку времени сервер может только в том случае, если сможет расшифровать билет и получить оттуда сеансовый ключ, для чего нужно обладать долговременным ключом. Получив ответ и расшифровав его, клиент может удостоверить подлинность сервера, так как прочитать аутентификатор и извлечь из него метку времени сервер сможет только при условии расшифровки билета и получения оттуда сеансового ключа.
Несмотря на то, что мы рассмотрели крайне упрощенную модель протокола Kerberos, надеемся, что данная статья поможет устранить пробелы и получить первоначальные знания, которые затем можно расширить и углубить уже осмысленно подойдя к прочтению более серьезных материалов.
Онлайн-курс по устройству компьютерных сетей
На углубленном курсе "Архитектура современных компьютерных сетей" вы с нуля научитесь работать с Wireshark и «под микроскопом» изучите работу сетевых протоколов. На протяжении курса надо будет выполнить более пятидесяти лабораторных работ в Wireshark.
Последние комментарии