Kerberos

1. Kerberos Projektování distribuovaných systémů Ing. Jiří ledvina, CSc

2. Úvod • v řecké mytologii Kerberos nebo Cerberus hlídal záhrobí. Obrovský tříhlavý pes s hadem místo ocasu a s nepočitatelně hadími hlavami na zádech. Hlídal bránu do záhrobí, aby mrtví nemohli ven a živí dovnitř. • vznikl v souvislosti s projektem Athena v MIT • zajišťuje ověřování uživatelů a požadovaných služeb • architektura server/klient • k ověřování využívá důvěryhodnou třetí stranu (ověřovací server AS) Projektování distribuovaných systémů

3. Úvod • vyžaduje prokazování identity klienta pro každý požadavek na službu • klient se prokazuje heslem pouze jednou (přihlašování) • heslo se nikdy nepřenáší sítí a není uloženo ani v paměti • každý klient a každá služba mají heslo • všechna hesla zná pouze ověřovací server • existuje Kerberos V4 a Kerberos V5 Projektování distribuovaných systémů

4. Požadavky uživatelů • povolení přístupu podle počítače • kontrola identity uživatele • požadavek dokazování identity pro každou službu • předpokládá, že uživatelé ovládají počítače (boot) • předpokládá, že síť není bezpečná Projektování distribuovaných systémů

5. Požadavky na identifikační mechanizmus • bezpečný, nedovoluje maskování se • spolehlivý, musí se jevit jako celek jako systém služeb • transparentní, uživatel o něm neví • odstupňovaný, uživatel nemusí být "kerberizovaný" • požadavek na bezpečnost se přesouvá na několik bezpečných serverů • Úrovně ochrany • ověřování při přihlašování • ověřování každé zprávy (zabezpečení pravosti zprávy) • ověřování a šifrování (zabezpečení soukromí) Projektování distribuovaných systémů

6. Databáze • Databáze Kerbera • obsahuje jméno uživatele a jeho privátní klíč • umožňuje ověření Kerbera i uživatele • pro uživatele generuje dočasné klíče (relační klíče) • použití zejména pro šifrovanou komunikaci dvou klientů • citlivé informace jsou v Kerberu • ostatní v serveru HESIOD (řecký pěvec a básník žijící asi 700 let p.n.l.) Projektování distribuovaných systémů

7. Šifrování • používá DES, Kerberos V5 i jiné šifrovací algoritmy • metody šifrování zprávy • CBC (Cypher Block Chaining) – pro daný blok cn+1 = E(mn+1  cn) • PCBC (Propagated CBC) – pro celou zprávu cn+1 = E(mn+1  mn  cn) Projektování distribuovaných systémů

8. Servery • Administrativní server • KDBM (Kerberos Database Management) • zajišťuje přístup do databáze Kerbera • klient může být kdekoliv, server u databáze • Ověřovací server (Kerberos server) • provádí pouze operace čtení nad databází • ověřování uživatelů • generování relačních klíčů • může pracovat s kopiemi databází • uživatelské programy • přihlašování do Kerbera • změna hesla • zobrazení tiketů • ničení tiketů Projektování distribuovaných systémů

9. Jména • primární jméno – jméno uživatele nebo služby • instance – name.instance@realm • pro uživatele – jkl.root, jkl.admin • pro sužbu – rlogin.stroj • realm – jméno administrativní entity, která obhospodařuje ověřovaná data Projektování distribuovaných systémů

10. Pověření (Credentials) • tickety (lístky) – časově omezený "průkaz" opravňující čerpat nějakou službu, šifrovaný blok dat obsahující identitu klienta a jeho požadavku • každý požadavek na službu vyžaduje ticket • ticket zajišťuje přístup jednoho klienta k jedné službě • tickety vydává Ticket Granting Server (TGS), který má přístup ke všem šifrovacím klíčům • tickety nemají vztah ke klientům – pouze zajišťují přístup k serverům • každý ticket má omezenou dobu života (hodiny, dny) • {S, C, IPC, TS, TTL, KS,C}K(S) Projektování distribuovaných systémů

11. Pověření (Credentials) • authenticators (ověřovače) • umožňuje ověřit pravost klienta, šifrovaná informace o klientovi (pro jedno použití) • {C, IPC, TS}K(S,C) Projektování distribuovaných systémů

12. Ticket {S, C, IPC, TS, TTL, KS,C}K(S) • může být použit vícekrát (omezeno dobou života – hodiny, dny) • obsahuje následující informace • jméno serveru (S) • jméno klienta (C) • IP adresu stroje klienta (IPC) • časové razítko (TS) • dobu života ticketu (TTL) • náhodný relační klíč (KS,C) • šifrováno klíčem serveru, kterému je určen (KS) Projektování distribuovaných systémů

13. Authenticator {C, IPC, TS}K(S,C) • slouží k ověření pravosti klienta (údaje o klientovi se porovnají s údaji v ticketu) • vystaven klientem pro jedno použití • obsahuje následující informace • jméno klienta (C) • IP adresu stroje klienta (IPC) • běžný čas • šifrováno relačním klíčem K(S,C) Projektování distribuovaných systémů

14. Funkce Kerbera • pokud chce klient kontaktovat server, musí si nejprve vyžádat od TGS ticket a relační klíč • pokud chce komunikovat s TGS, musí mít TGT (Ticket Granting Ticket) a relační klíč pro komunikaci s TGT • obojí získá na základě ověření hesla od AS • existují tři fáze ověřování • získání pověření pro přístup k dalším službám (credentials – pověřovací listiny) • požadavek ověření pro specifickou službu • prezentace pověření koncovému serveru • ověřovací server (Kerberos AS) ověří pravost klienta • Ticket granting server – na základě ověření klienta poskytuje tickety (lístky) pro přístup k požadovaným serverům (službám) • Komunikace mezi entitami vyžaduje přísnou synchronizaci času Projektování distribuovaných systémů

15. Získání prvotního ticketu • klient zadá jméno a pošle AS požadavek přístupu k TGS (otevřený text) • klient zadá heslo, převede je na klíč KC a dešifruje zprávu od AS • obdrží relační klíč pro komunikaci s TGS (KC,tgs) a ticket pro komunikaci s TGS {TC,tgs}Ktgs C: {C, tgs} AS: {KC,tgs, {TC,tgs}Ktgs}KC Projektování distribuovaných systémů

16. Získání prvotního ticketu • ticket obsahuje jméno klienta, jméno TGS, čas, dobu života, IP adresu klienta a relační klíč pro komunikaci klient – TGS • informaci není možné změnit, protože je šifrována tajným klíčem Ktgs pro komunikaci AS – TGS • ticket TC,tgs jméno klienta, jméno TGS, čas, dobu života, IP adresu klienta, relační klíč pro komunikaci klient – TGS • klient KC,tgs a {TC,tgs}Ktgs schová, KC a heslo smaže. Projektování distribuovaných systémů

17. Získání ticketu pro server • pro každý server je třeba jiný ticket • tickety poskytuje TGS (Ticket Granting Server) • klient vytvoří authenticator AC, obsahující jméno klienta, IP adresu a čas • Zašifruje jej relačním klíčem KC,tgs, přidá {TC,tgs}Ktgs a pošle požadavek TGS C: {S, {TC,tgs}Ktgs , {AC}KC,tgs} TGS: {{TC,S}KS , KC,S} KC,tgs} Projektování distribuovaných systémů

18. Požadavek na službu • klient má ticket pro vybraný server • opět (aplikace) vytvoří authenticator AC, obsahující jméno klienta, IP adresu a čas • Zašifruje jej relačním klíčem KC,S, přidá {TC,S}KS a pošle požadavek serveru S • server dešifruje požadavek, porovná jméno klienta, IP adresu, čas, dobu platnosti • klient vyžaduje vzájemné ověření • server pošle zpět hodnotu časové značky zvýšenou o 1 C: {{TC,S}KS , {AC}KC,S} S: {{TS+1}KC,S} Projektování distribuovaných systémů

19. Přihlášení klienta na server s ověřením (shrnutí) C  AS:[C, tgs] AS  C: [{KC,tgs, {TC,tgs}Ktgs}KC] C  TGS: [S, {TC,tgs}Ktgs , {AC}KC,tgs] TGS  C: [{KC,S {TC,S}KS , } KC,tgs] C  S: [{TC,S}KS , {AC}KC,S] S  C: [{TS+1}KC,S] Projektování distribuovaných systémů

20. Operace databáze Kerbera • operace read – používá se pro ověřování (ochrana – není možné data modifikovat) • operace r/w – administrativní operace – údržba databáze • prováděny tzv. administrativní službou – Kerberos Database Management Service (KDBM) • opravy jsou prováděny do master kopie, neběží-li, nemohou být prováděny • požadavky uživatelů na změnu hesla • kpasswd – změna hesla, přidání/ubrání uživatele, přidání/ubrání služby • kadmin – klientský program administrátora Projektování distribuovaných systémů

21. Administrativní protokol C  AS:[C, kdbm] AS  C: [{KC,kdbm, {TC,kdbm}Kkdbm}KC] C  KDBM: [S, {TC,kdbm}Kkdbm , {AC}KC,kdbm] (požadavek S = {kadmin | kpasswd}) Projektování distribuovaných systémů

22. Replikace databáze • každý realm (království) má master Kerberos server (hlavní) • údržba master copy databáze • mohou existovat kopie v podřízených Kerberos serverech • problém údržby konzistentní databáze – přepis každou hodinu • kprop – program pro posílání obrazu databáze • kpropd – daemon v podřízených serverech • nejprve se pošle kontrolní součet databáze (šifrovaný klíčem pro komunikaci master – slave Kerberos (Master Database Key)) • pak se pošle databáze a zkontroluje se kontrolní součet • všechna hesla v databázi jsou šifrována pomocí Master Database Key Projektování distribuovaných systémů

23. Programy Kerbera • kinit – přihlášení do Kerbera • program pro obdržení nového ticketu od ověřovacího serveru (AS) • implicitně tgt, ale i jiné tickety (kinit –S <service_name>) • klogin – pokud máme ticket, umožní přihlásit se na počítač • klist – výpis všech ticketů uživatele • kdestroy – vymazání ticketů Projektování distribuovaných systémů

24. Kerberos v5 • K reprezentaci syntaxe používá ASN.1 • Není jednoduché číst • Velmi flexibilní(Volitelná pole, proměnná délka polí, rozšiřitelný soubor hodnot) • Rozšířený soubor šifrovacích algoritmů • Podporuje delší dobu života ticketů • Podporuje více adres v ticketu • Zavádí předauthentikaci – obrana proti útokům na heslo • Dovoluje delegování uživatelských práv Projektování distribuovaných systémů

25. Delegování práv • Delegování – předání práv někomu jinému aby mohl využívat naše služby • Klasické řešení bez delegování • Předání mého klíče nebo hesla někomu jinému • Předání mých tiketů někomu jinému • Kerberos v5 podporuje následující metody • A požádá KDC o vytvoření TGT ticketu se síťovou adresou B • Předání TGT s odpovídajícím relačním klíčem do B • A požádá KDC o vytvoření TGT přímo pro B se síťovou adresou B • A vezme TGT a předá jej B • Spolu s „autorizačními daty“ které budou poslány do aplikační služby Projektování distribuovaných systémů

26. Delegování práv • Tranzitivní delegování • B deleguje do C práva, delegovaná do B z A • TGT: dovoluje to, pokud je označen jako „forwardovatelný“ • Tikety: dovoluje to, pokud je označen jako „proxiable“ (zastupitelný) Projektování distribuovaných systémů

27. Pre-authentikace • Druhá zpráva je šifrována klíčem KA,AS AS  C: [{KC,tgs, {TC,tgs}Ktgs}KC] • Revize: A posílá do AS předautentikační data • Časová značka šifrovaná sdíleným klíčem KC • Dokazuje, že zná klíč Projektování distribuovaných systémů

28. Obnova ticketů • Tikety ve v5 mají prodlouženou platnost • Musí být ale periodicky obnovovány • Obsahují • Čas autorizace • Počáteční a koncový čas (platný od – do) • Čas do kterého musí dojít k obnově • Tiket, kterému vypršela doba platnosti nemůže být obnoven • Musí se požádat o nový tiket • Tikety mohou být také „datovány post “ • Platí až v budoucnosti Projektování distribuovaných systémů

29. Kryptografické algoritmy • Zajištění integrity zpráv • MD5 + šifrování výsledku DES s využitím sdíleného tajného klíče • Šifrování plus integrita • Základ – DES/CBC s CRC • Rozšíření – 3DES s HMAC/SHA1 • Nově – AES/CBC s HMAC/SHA1 Projektování distribuovaných systémů

30. Zavedení konverzačních klíčů • Použití různých klíčů pro různá spojení s týmž serverem • Realizováno při předávání ticketu z klienta do serveru • Omezuje použití relačního klíče pouze pro tuto relaci Projektování distribuovaných systémů

31. Ověřování mezi oblastmi • Oblasti (realms) – skupina zdrojů sdílená jednou autoritou z hlediska ověřování • Často je to totéž jako DNS doména • Označováno jménem domény • Oblast obsahuje • KDC (Key Distribution Center) – TGS, AS, databáze • Uživatele • Servery • Pokud potřebuje uživatel přistupovat ke službám v jiných oblastech? Projektování distribuovaných systémů

32. Ověřování mezi oblastmi • Pokud potřebuje uživatel přistupovat ke službám v jiných oblastech • Jednoduché řešení – vyžaduje registraci uživatele ve všech oblastech • Uživatel se musí ověřovat ve všech znova • Složitější řešení • KDC vzájemně kooperují při ověřování • Inter-realm authentication • Předem se musí domluvit na sdílených klíčích • Pokud chce klient přistupovat ke službám v jiné oblasti, musí požádat o cross-realm TGT • Ten pak použije při požadování cizí služby Projektování distribuovaných systémů

33. Ověřování mezi oblastmi Projektování distribuovaných systémů