关于 Kerberos 认证协议流程

这周网络安全课布置的作业是了解 Kerberos 认证协议的流程，于是我自学了相关知识，整理笔记如下，如有错误，欢迎指正！

1. 基本概念

• Kerberos 认证是一个基于票据的认证机制，旨在在不安全的网络环境中提供强大的身份验证服务

• Kerberos 认证流程涉及四个个主要参与者：

  • 客户端(用户)

  • 认证服务器(AS，Authentication Server)

  • 票据授予服务器(TGS，Ticket Granting Server)

  • 应用服务器(为用户提供服务的设备或系统)

• 其中，AS 和 TGS 是第三方，用于验证 Kerberos 客户机的身份，为应用服务器提供认证服务

2. 认证过程

2.1 举例

纯文字感觉不太好理解，我们先用图片和公式来梳理下认证流程：

• 假设有四个角色：客户端(C)，认证服务器(AS)，票据授予服务器(TGS)，和应用服务器(S)
• 记客户端的密码为 \(k_C\) ，AS 和 TGS 的密钥分别为 \(k_{AS}\) 和 \(k_{TGS}\) ，应用服务器的密钥为 \(k_S\) ，以下是详细的流程：

① C ==> AS：

• \(E{k_C}(ID_{TGS}, TS_1)\)

  • \(TS_1\) 是时间戳，可以用于防止重放攻击

  • 客户端C给认证服务器AS发送包含其身份信息的请求，请求获得对票据授予服务器的访问权，发送票据服务器TGS的ID和时间戳（是用客户端的密钥进行的加密）

② AS ==> C：

• \(E_{k_C}(ID_{TGS}, K_{C,TGS}, TS_1)\)
• \(E_{k_{TGS}}(ID_C, K_{C,TGS}, TS_1)\)
  • \(K_{C,TGS}\) 是 C 和 TGS 之间的会话密钥
  • AS 就会验证客户端的身份，然后发送两个重要的信息：
    • 一是客户端和TGS之间的会话密钥 \(K_{c,tgs}\)
    • 二是TGT(Ticket Granting Ticket，票据授予票据)，即 \(E_{k_{TGS}}(ID_C, K_{C,TGS}, TS_1)\)，客户端无法解密这个，之后它会将其原封不动发给TGS

③ C ==> TGS：

• \(E_{k_{C,TGS}}(ID_S, TS_2)\)
• \(TGT\)，也就是 \(E_{k_{TGS}}(ID_C, K_{C,TGS}, TS_1)\)
  • \(TS_2\) 是新的时间戳
  • C 使用 \(K_{C,TGS}\) 加密请求，并附上 \(TGT\)

④ TGS ==> C：

• \(E_{k_{C,TGS}}(ID_S, K_{C,S}, TS_2)\)
• \(E_{k_S}(ID_C, K_{C,S}, TS_2)\)
  • \(K_{C,S}\) 是 C 和 S 之间的会话密钥
  • TGS就会先解密TGT，验证客户端的身份，然后生成客户端和应用服务器之间的会话密钥 \(K_{c,s}\)
  • TGS发送两个信息给客户端：
    • 一是加密的会话密钥 \(K_{c,s}\)
    • 二是加密的服务票据(Service Ticket)，即 \(E_{k_S}(ID_C, K_{C,S}, TS_2)\)，同理，客户端无法解密这个，之后它会将其原封不动发给S

⑤ C ==> S：

• \(E_{k_{C,S}}(ID_C, TS_3)\)
• \(Ticket\)，也就是 \(E_{k_S}(ID_C, K_{C,S}, TS_2)\)
  • \(TS_3\) 是新的时间戳
  • C 使用 \(K_{C,S}\) 加密请求，并附上服务票据 \(Ticket\)

⑥ S ==> C：

• \(E_{k_{C,S}}(TS_3 + 1)\)
  • S 验证服务票据和时间戳，然后使用 \(K_{C,S}\) 加密 \(TS_3 + 1\)作为回应

2.2 具体流程(纯文字)

下面是一个典型的 Kerberos 认证过程，分成六个主要步骤：

（1）客户端请求AS(认证服务器)：

• 客户端向认证服务器发送一个包含其身份信息的请求（通常是用户名），请求获得对票据授予服务器的访问权，这个请求可以包含一个时间戳，用于防止重放攻击。

（2）AS(认证服务器)回复客户端：

• 认证服务器验证客户端的身份，然后发送两个重要的信息：
  • 一是客户端和票据授予服务器之间的会话密钥\(K_{c,tgs}\)
  • 二是TGT(Ticket Granting Ticket，票据授予票据)，TGT是加密的，包含客户端的身份信息和会话密钥，只有票据授予服务器能解密

（3）客户端请求TGS(票据授予服务器)：

• 客户端使用从AS获得的会话密钥加密一个新的请求(包含对目标服务的访问要求)和TGT，发送给票据授予服务器，这个请求通常也包含一个新的时间戳。

（4）TGS(票据授予服务器)回复客户端：

• 票据授予服务器首先解密TGT，验证客户端的身份，然后生成客户端和目标服务（应用服务器）之间的会话密钥\(K_{c,s}\)
• TGS发送两个信息给客户端
  • 一是加密的服务票据(Service Ticket)
  • 二是加密的会话密钥

（5）客户端请求应用服务器：

• 客户端使用从TGS获得的服务票据和会话密钥向目标服务（应用服务器）发起请求
• 服务票据是加密的，只有目标服务能解密

（6）应用服务器回复客户端：

• 应用服务器解密服务票据，验证客户端的身份，然后使用会话密钥与客户端建立安全的通信。

在整个过程中，Kerberos 保证了身份验证的安全性和数据的保密性。