keystone认证方式:UUID、PKI、Fernet;

知识点复习:

通俗的讲,token 是用户的一种凭证,需拿正确的用户名/密码向 Keystone 申请才能得到。如果用户每次都采用用户名/密码访问 OpenStack API,容易泄露用户信息,带来安全隐患。所以 OpenStack 要求用户访问其 API 前,必须先获取 token,然后用 token 作为用户凭据访问 OpenStack API。 

公开密钥加密,也称为非对称加密(asymmetric cryptography,加密密钥和解密密钥不相同),在这种密码学方法中,需要一对密钥,分别为公钥(Public Key)和私钥(Private Key),公钥是公开的,私钥是非公开的,需用户妥善保管。如果把加密和解密的流程当做函数 C(x) 和 D(x),P 和 S 分别代表公钥和私钥,对明文 A 和密文 B 而言,数学的角度上有以下公式:

B = C(A, S)

A = D(B, P)

其中加密函数 C(x), 解密函数 D(x) 以及公钥 P 均是公开的。采用公钥加密的密文只能用私钥解密,采用私钥加密的密文只能用公钥解密。非对称加密广泛运用在安全领域,诸如常见的 HTTPS,SSH 登录等。

数字签名又称为公钥数字签名,首先采用 Hash 函数对消息生成摘要,摘要经私钥加密后称为数字签名。接收方用公钥解密该数字签名,并与接收消息生成的摘要做对比,如果二者一致,便可以确认该消息的完整性和真实性。

(1)UUID认证原理:

当用户需要进行操作时(比如访问nova创建虚拟机),用户拿着有效的用户名/密码先去keystone认证,keystone返回给用户一个token(即UUID)。之后用户进行其他操作(如访问nova),先出示这个token给nova-api,nova收到请求后,就用这个token去向keystone进行请求验证。keystone通过比对token,以及检查token的有效期,判断token的有效性,最后返回给nova结果。

缺陷:每次请求都要经过keystone进行验证,造成性能瓶颈。

 

 

1.用户输入用户名密码,发送给keystone。

2.Keystone验证用户名密码,并且生成token(UUID),发送给客户端。

3.客户端缓存UUID token

4.客户端发送具体的执行请求(nova boot)和UUID给keystone。

5.Keystone从http请求中获取token,并检查token是否有效

6.Token有效,处理请求,并返回客户端请求结果

7.Token失效,拒绝客户端请求,返回401。

UUID方式源码分析:

UUID token 是长度固定为 32 Byte 的随机字符串,由 uuid.uuid4().hex 生成。

def _get_token_id(self, token_data):    return uuid.uuid4().hex

 

生成的样例:144d8a99a42447379ac37f78bf0ef608

(2)PKI认证原理:

在keystone初始化时,keystone生成了CA的公钥CA.pem和私钥CA.key,同时keystone产生了自己的公钥keystone.pub和私钥keystone.key,然后将keystone.pub进行CA的签名,生成keystone.pem。

当用户拿着用户名/密码去keystone认证后,keystone将用户的基本信息通过keystone.key进行加密,并将密文作为token返还给用户。当用户拿着token发送请求时(例如访问nova),nova拿到用户token时,通过事先拿到keystone的证书keystone.pem(这一过程只需要进行一次)进行解密,获取用户信息。

对于用户的token,还需进行token的合法时间,以及token还是否存在进行判断。所以当nova每一次拿到token后还需向keystone询问一次token的失败列表,检查token是否失效。这一过程对于keystone的负载还是相当轻的,所以PKI还是有效解决了keystone性能瓶颈的问题。

小结:OpenStack服务中的每一个API Endpoint都有一份keystone签发的证书,失效列表和根证书。API不用在直接去keystone认证token是否合法,只需要根据keystone的证书和失效列表就可以确定token是否合法。但是这里还是会有每次都需要请求keystone去获取失效列表的操作,不可避免。

 

 

PKI的流程,首先需要使用 keystone-manage pki_setup命令生成CA及相关的令牌机制,其代码如下所示:

    def _get_token_id(self, token_data):

        try:

            token_json = jsonutils.dumps(token_data, cls=utils.PKIEncoder)

            token_id = str(cms.cms_sign_token(token_json,

                                              CONF.signing.certfile,

                                              CONF.signing.keyfile))   #DEFAULT_TOKEN_DIGEST_ALGORITHM=sha256

其中,‘token_data’是获取的user、role、endpoint、catlog等信息集合,而最重要的语句是cms使用签名生成token的过程:cms_sign_token,使用默认的sha256方式加密,处理过程使用process,进行数据的读取、处理, 

           process = subprocess.Popen(['openssl', 'cms', '-sign',

                                 '-signer', signing_cert_file_name,

                                 '-inkey', signing_key_file_name,

                                 '-outform', 'PEM',

                                 '-nosmimecap', '-nodetach',

                                 '-nocerts', '-noattr', 

                                 '-md', message_digest, ],

                                stdin=subprocess.PIPE,

                                stdout=subprocess.PIPE,

                                stderr=subprocess.PIPE,

                                close_fds=True)

最后output, err = process.communicate(data) 生成Token-id,这个过程涉及到openssl相关的加密技术。

CMS token一般都超过1600个字节,样例:

 

 

(3)Fernet认证原理:

 

 

1.user在客户端输入用户名密码,发送给keystone。

2.Keystone验证用户名密码,并且生成token(UUID),发送给客户端。

3.客户端缓存token(UUID)

4.客户端发送具体的执行请求给openstack API

5、OpenStack API向 keystone请求token认证

6.Keystone从http请求中获取token,并检查token是否有效

7.Token有效,处理请求,并返回openstack api请求结果

8.Token失效,拒绝客户端请求,返回401。

当集群运行较长一段时间后,访问其 API 会变得奇慢无比,究其原因在于 Keystone 数据库存储了大量的 token 导致性能太差,解决的办法是经常清理 token。为了避免上述问题,社区提出了Fernet token,fernet 是当前主流推荐的token格式,它采用 cryptography 对称加密库(symmetric cryptography,加密密钥和解密密钥相同) 加密 token,具体由 AES-CBC 加密和散列函数 SHA256 签名。Fernet 是专为 API token 设计的一种轻量级安全消息格式,不需要存储于数据库,减少了磁盘的 IO,带来了一定的性能提升。为了提高安全性,需要采用 Key Rotation 更换密钥。

 

以上代码表明,token 包含了 user_id,project_id,domain_id,methods,expires_at 等信息,重要的是,它没有 service_catalog,所以 region 的数量并不影响它的大小。self.pack() 最终调用如下代码对上述信息加密:

 

 该token 的大小一般在 200 多 Byte 左右,样例:

gAAAAABWfX8riU57aj0tkWdoIL6UdbViV-632pv0rw4zk9igCZXgC-sKwhVuVb-wyMVC9e5TFc 7uPfKwNlT6cnzLalb3Hj0K3bc1X9ZXhde9C2ghsSfVuudMhfR8rThNBnh55RzOB8YTyBnl9MoQ XBO5UIFvC7wLTh_2klihb6hKuUqB6Sj3i_8

简要叙述一下fernet采用 Key Rotation 更换密钥的原理,默认的轮换长度是3,当以keystone-manage fernet-setup生成密钥时,会看到0、1两个索引表征,这分别是什么意思呢?

 

 

在此,需要提一下三个概念:

primary key(主密钥)有且只有一个,名为为x,当前用于加密解密token

secondary key(次次密钥)有x-1个,从Primary退役下来的,用于解密当初它加密过的token

staged key(次密钥)有且只有一个,命名为0,准备下一个rotation时变为Primary key,可以解密token

那么上述0 表示的是staged key,1 表示的是primary key,

primary key相比较另外两种key,它的索引最高,并且可以加密、也可以解密;

staged key 相较于secondary key,它更有机会变为primary key。

 AES256加密token,SHA256 HMAC验证完整性,

只要Keystone具有访问这些key的权限,token就不需要在keystone数据库中存储

fernet的数据性能最好,原因是它不需要后端持久化操作(采用 Key Rotation定期 更换密钥,只要Keystone具有访问这些key的权限,更新后的token就不需要在keystone数据库中存储,缓解了数据库负载压力),并且token的认证,使用的是密钥进行解密,能够直接得出token Data的信息,从而进行token的过期认证。它的失败原因,只可能是token过期了,或者是token放到了cache缓存中,但是已经被回收了。归根到底,还是token过期了。

 

posted on 2017-12-03 19:12  DHP  阅读(7739)  评论(0编辑  收藏  举报