Dnešní díl se přímo Kerberos protokolu nevěnuje, ale popíšeme si základní termíny Active Directory, které potřebujeme znát, a s kterými Kerberos autentizace souvisí (když ji používáme v doménovém prostředí). Nejprve stručně zmíníme AD komponenty, protože struktura souvisí s Kerberos Realm. Popíšeme si, jak klient hledá doménový řadič (což je zároveň Kerberos autentizační server). A docela podrobně se podíváme na přihlašovací jména uživatelských účtů (User Principal Name) a jména instancí služeb (Service Principal Name).

V dalších dílech si popíšeme obecně vlastnosti a funkce Kerberos protokolu. Podíváme se na to, co vlastně znamená SSO a jaké jsou možnosti. Rozebereme si jednotlivé komponenty a prvky, které Kerberos protokol používá. Popíšeme si proces Kerberos autentizace (tedy SSO) od zjednodušeného, přes podrobnější, až k detailnímu popisu. Podíváme se na fungování SSO autentizace mezi různými doménami. A zmíníme možnosti využití Kerberos SSO pro webové aplikace.

Jestli si někdo myslí, že této oblasti dobře rozumí, tak může dnešní díl přeskočit. Myslel jsem si to i já, ale když jsem studoval určité specifické detaily (například okolo UPN), tak jsem našel řadu nových informací.

Microsoft AD DS

Samozřejmě si tu nepopíšeme vše (a s určitou znalostí AD DS počítáme), nějaké další věci jsem popsal již před lety v článcích Adresářové služby a LDAP, Active Directory komponenty - domain, tree, forest, site a DNS (Domain Name System) zaměřeno na Microsoft. Odkaz na více materiálů se nachází na konci článku.

Active Directory Domain Services

Active Directory (AD) je adresářová služba od Microsoftu. Active Directory Domain Controller (DC či doménový řadič nebo pouze řadič) je server na kterém běží Active Directory Domain Services (AD DS, tento název se používá od Windows Server 2008, předtím se používal pouze Active Directory). AD DS poskytuje distribuovanou databázi, která v hierarchické struktuře obsahuje síťové objekty (jako je uživatel, počítač, skupina). Zajišťuje také autentizaci a autorizaci uživatelů a počítačů v síti. Využívá se LDAP protokol, rozšířený Kerberos verze 5 a DNS (Domain Name System).

Pro správu AD DS od Windows Server 2008 se využívá balíček Remote Server Administration Tools (RSAT), který je součástí serverových OS a na klientské jej můžeme doinstalovat.

Doména (Domain).

Doména (Domain) je logická skupina počítačů, které sdílí společnou AD databázi. Když vytvoříme doménu, tak se automaticky vytvoří strom a les. Nejjednodušší je mít vše pouze jednou. V praxi to ale vždy nelze, takže musím vytvářet složitější struktury. Doména se ve schématech znázorňuje jako trojúhelník, prvky uvnitř jsou členy dané domény.

Jméno Active Directory domény je běžně plné DNS (Domain Name System) jméno (příklad firma.local). Může obsahovat písmena, číslice, pomlčku a tečku (pouze pro oddělení komponent), maximální délka je 64 znaků. Každá doména má ale také (z důvodu kompatibility) pre-Windows 2000 jméno, které se označuje jako NetBIOS doménové jméno (příklad firma). To může být maximálně 15 znaků dlouhé a nesmí obsahovat tečku a řadu dalších znaků.

Zobrazit doménová jména si můžeme například pomocí nástroje Active Directory Domains and Trusts. V okně vidíme seznam domén a jejich DNS jména, pokud na doménu klikneme pravým tlačítkem a zvolíme Properties, tak uvidíme NetBIOS jméno a také stupeň lesa a domény.

Strom (Tree) a hierarchie domén

V rámci stromu (Tree) existuje hlavní kořenová doména (Tree Root Domain), která má svůj jmenný prostor (namespace, třeba firma.local). Pod kořenovou doménou můžeme vytvořit další domény, které se označují Child Domain, ty obsahují jmenný prostor nadřazené domény (Parent Domain) a svoje relativní jméno (tedy třeba test.firma.local). Každá doména má vlastní AD databázi, která se nachází na všech doménových řadičích dané domény. V rámci stromu může existovat pouze jedna kořenová doména, pokud chceme druhou (hlavně kvůli novému namespace), tak musíme vytvořit nový strom. Strom se ve schématech znázorňuje jako ovál či kruh.

Les (Forest), schéma a vztahy důvěry

Jeden nebo více stromů se nachází v lese (Forest). Les sdílí společné AD schéma (Active Directory Schema). Schéma definuje AD databázi, co v ní může být uloženo a jakou to má strukturu. Každá doména má vlastní databázi (obsah), ale stejnou strukturu (schéma). V rámci lesa existuje jedna kořenová doména(Forest Root Domain), jde o prvně vytvořenou doménu v daném lese. Ta obsahuje skupiny Enterprise Admins a Schema Admins. Les se ve schématech znázorňuje jako obdélník či kruh.

Když chceme zjistit, jaká doména je Forest Root, tak můžeme spustit nástroj Active Directory Domains and Trusts, který také použijeme pro správu vztahů důvěry. Zvolíme Action – Change forest a zde vidíme aktuální kořenovou doménu.

Všechny domény v rámci lesa mají automaticky vytvořenou důvěru (Trust). Jde o Two-way Transitive Trust, to znamená, že vztah důvěry je obousměrný a není omezen na dvě přímo propojené domény, ale může se rozšířit dále (pokud má druhá doména důvěru s další doménou, tak této třetí doméně důvěřuje i ta první). Vytváří se důvěra mezi kořenovými doménami stromů v rámci lesa, ta se označuje Tree-Root Trust. A mezi nadřízenými doménami v rámci stromu, to je Parent-Child Trust. Ručně můžeme vytvořit důvěru mezi různými lesy (navazuje se mezi Forest Root Domain), to je Forest Trust, a dále Shortcut Trust, Realm Trust a External Trust.

Pro správu schématu slouží nástroj Active Directory Schema. Ten se standardně nenachází mezi Administrative Tools (ani když jsme nainstalovali RSAT, který potřebujeme), ale je třeba zaregistrovat knihovnu regsvr32 schmmgmt.dll. Potom můžeme použít mmc konzoli a přidat Snap-in Active Directory Schema (nejlépe následně uložit).

Global Catalog

V rámci lesa je důležitá služba Global Catalog (GC). Ta obsahuje index pro všechny objekty v rámci lesa (jde o částečnou kopii adresářových oblastí pouze pro čtení), ke každému má pouze základní informace. V každé doméně musí být alespoň jeden GC server (a ten je zároveň DC). Doménový řadič má údaje pouze o objektech, které patří do jeho domény. Pokud chceme přistoupit k prvku z jiné domény, tak se právě využije Global Catalog, který nám poskytne informace, na jakém doménovém řadiči se tento objekt nachází.

Pro nastavení globálního katalogu se používá nástroj Active Directory Sites and Services, kde se proklikáme přes odpovídající Site na hledaný DC a pod ním klikneme pravým tlačítkem na NTDS Settings a zvolíme Properties.

Schéma doménových vazeb

Následující obrázek jednoduše zobrazuje výše popsané. Je zde prostředí s jedním lesem, dvěma stromy a celkem pěti doménami. První byl instalován řadič DCfirma1, čímž vznikla doména firma.local (a strom i les) a stala se kořenovou pro strom i celý les. K této doméně byla přidána podřazená doména pr.firma.local. Byl také vytvořen druhý les, který má kořenovou doménufirma.test. V tomto lese jsou dvě podřazené domény.

Automaticky se vytvořily vztahy důvěry, takže z domény pr.firma.local můžeme komunikovat s objekty ve vyvoj.firma.test (musí to být samozřejmě zařízeno síťově, zde řešíme logickou část). Komunikace postupuje po vztazích důvěry, nejprve na kořenovou doménu stromu firma.local, přes kořenový vztah lesa nafirma.test až na vyvoj.firma.test.

Pozn.: Ve schématech je pro každou doménu znázorněn pouze jeden doménový řadič. V praxi bývají většinou minimálně dva.

Nalezení doménového řadiče potažmo KDC

Když se uživatel přihlašuje v rámci domény, tak musí nalézt vhodný doménový řadič (DC). V případě Kerberos autentizace kontaktuje službu Authentication Service (AS) na Key Distribution Center (KDC), tato služba běží na každém DC.

Řadič se hledá pomocí DNS SRV záznamu (případně NetBIOS) pro danou doménu. Obecně jde o záznam _ldap._tcp.DnsDomainName (třeba _ldap._tcp.firma.local), ale Microsoft používá speciální záznamy, aby hledal pouze Windows LDAP servery, _ldap._tcp.dc._msdcs.DnsDomainName (třeba _ldap._tcp.dc._msdcs.firma.local) Klient získá seznam všech dostupných řadičů a odešle na ně LDAP dotaz, oni odpoví základními informacemi. Klient použije první DC, který odpověděl a pomocí své IP adresy a subnetu zjistí, do jaké patří Site. Pomocí DNS SRV záznamu _ldap._tcp.SiteName._sites.dc._msdcs.DnsDomainName (třeba _ldap._tcp.Praha._sites.dc._msdcs.firma.local) zjistí seznam všech DC v dané Site. Na všechny odešle LDAP dotaz, první který odpoví, použije pro autentizaci. Výsledek je, že se upřednostňují řadiče ve stejné Site jako klient, pokud jich je více, tak se volí pomocí Round Robin.

Pro některé situace je třeba nalézt Global Catalog (GC), to se provádí obdobně pomocí záznamu _ldap._tcp.gc._msdcs.DnsForestName (třeba _ldap._tcp.gc._msdcs.firma.local). Existují i další záznamy pro GC. Identicky existuje několik záznamů pro Kerberos KDC, některé obecné a jiné speciálně pro Microsoft servery. Pro MS je hlavní _kerberos._tcp.dc._msdcs.DnsDomainName(třeba _kerberos._tcp.dc._msdcs.firma.local).
Pozn.: Všechny tyto SRV záznamy si registruje NetLogon služba na DC při svém startu.

Uživatelské účty

Uživatelský účet je objekt v Active Directory a jedná se o Security Principal, takže umožňuje autentizaci a autorizaci. Pro správu účtů můžeme použít Active Directory Users and Computers (ADUC). Kerberos slouží k autentizaci uživatelů, takže je důležité jaké uživatelské jméno z AD používá.

Každý objekt v AD má několik různých jmen (Naming Attributes – možností jak na objekt odkazovat či jej identifikovat). Pro provázání se používají ID, takže ostatní jména můžeme měnit, aniž by se ovlivnili různé vazby. Možné formy jména objektu, spolu s těmi, které jsou speciálně pro uživatelský účet:

• Relative Distinguished Name (RDN) – relativní LDAP jméno v rámci kontejneru (Organizational Unit), u uživatelů jde o Common Name (CN), atribut cn, příklad bouska

• Distinguished Name (DN) – globální unikátní LDAP jméno, obsahuje RDN a umístění objektu v rámci AD hierarchie, atribut distinguishedName, příklad CN=bouska,CN=Users,DC=firma,DC=local

• Canonical Name – obdoba DN v jiné notaci, jde o konstruovaný atribut (vytváří se při dotazu) canonicalName, příklad firma.local/Users/bouska

• Name – je stejné jako Common Name (CN), atribut name

• Security Identifier (SID) – unikátní identifikátor uživatele, používá se pro Kerberos a zařazování do skupin, atribut objectSid

• Globally Unique Identifier (GUID) – unikátní identifikátor objektu, atribut objectGUID

Active Directory používá v DN názvu tři klíčová slova dle LDAP normy, jde o CN - Common Name, OU - Organizational Unit a DC - Domain Component. Oproti tomu Canonical Name využívá DNS formát.

Uživatelský účet má dva možné typy přihlašovacího jména (Logon Name), jsou to zároveň také Naming Attributes:

sAMAccountName - Security Accounts Manager (SAM) Account Name

• označuje se také jako Pre-Windows 2000 Name

• používá se zápis Domain\sAMAccountName, který se označuje jako NetBIOS Logon Name

• maximální délka je 20 znaků

• je unikátní v rámci domény a povinný

• ukládá se do atributu sAMAccountName

User Principal Name (UPN)

• označuje se jako Internet-style login name a je založen na RFC 822

• skládá se ze dvou částí, UPN předpony (UPN prefix) - uživatelské přihlašovací jméno (User Logon Name) a UPN přípony (UPN suffix) – DNS doménové jméno, spojených pomocí znaku @, příklad logon.name@firma.local

• maximální délka je 64 znaků

• je unikátní v rámci lesa a nepovinný

• ukládá se do atributu userPrincipalName

User Principal Name (UPN)

Protože věci okolo UPN nejsou úplně jednoduché, tak se na ně podíváme podrobněji.

Microsoft začal UPN používat pro doménové uživatele v době Windows 2000. Mělo se jednat o primární přihlašovací jméno, které by měl uživatel používat. Jeho forma je kratší než Distinguished Name a MS představa byla, že bude stejné jako emailová adresa (což v praxi může zjednodušit práci útočníkovi, který nemusí hádat jméno, ale pouze heslo), takže bude pro uživatele jednoduché pro pamatování. Oproti DN také není závislé na přesunu do jiného kontejneru ani přejmenování domény (přípona nemusí odpovídat doméně). Přesto bych řekl, že i v kombinaci Windows Server 2012 a Windows 8 se hojně využívá NetBIOS Logon Name.

Jako UPN přípona se defaultně nabízí DNS jméno aktuální a kořenové domény, ale můžeme přidat alternativní doménové jméno (v podstatě libovolný řetězec v DNS formátu), které vytvoří administrátor v rámci lesa. Správa se provádí pomocí Active Directory Domains and Trusts, kde klikneme pravým tlačítkem na stejně pojmenovanou položku a zvolíme Properties.

V souvislosti se sAMAccountName Microsoft doporučuje používat začátek UPN shodný. Ale protože je zde omezení na 20 znaků, tak v řadě případů se třeba v UPN používá jméno a příjmení, ale v sAMAccountName první písmeno jména a příjmení.

Microsoft v některých materiálech uvádí, že uživatelský účet má vždy sAMAccountName i User Principal Name. Jiné potvrzují to, co můžeme ověřit v praxi, že povinný je pouze atribut sAMAccountName a nikoliv userPrincipalName. Přesto je tu zajímavá informace, kterou jsem nalezl pouze v neoficiálních materiálech. A to, že UPN existuje vždy, i když není atribut userPrincipalName vyplněn. Někde mluví o defaultním UPN, někde o implicitním UPN, ale ve výsledku je to stejné (a možná ani nejde o UPN, ale prostě o jiný zápis sAMAccountName). Ať máme nebo nemáme vyplněné UPN, tak můžeme použít username@DnsDomainName, kde username je sAMAccountName a DnsDomainName je DNS jméno domény, kde se účet nachází. Pokud atribut userPrincipalName vyplníme, tak tím definujeme další explicitní UPN, kde můžeme použít libovolné uživatelské jméno a příponu (tu musíme zaregistrovat v rámci lesa).

Co je uživatelské jméno je hodně důležité pro Kerberos autentizaci. Kerberos užívá termín Client Name (Principal Name) a Realm, často narazíme i na použití User Principal Name. V AD doméně je Realm rovno DNS doméně a praktickými pokusy jsem ověřil, že Client Name je rovno sAMAccountName. Ve výsledku to odpovídá implicitnímu UPN.

Abych výše uvedené ověřil v praxi, tak jsem provedl následující testy. V doméně s DNS jménem firma1.local a NetBIOS jménem firma1 jsem vytvořil UPN příponu pokus a uživatele s následujícími jmény:

distinguishedName     CN=uzivatelsdlouhymjmenem,CN=Users,DC=firma1,DC=local sAMAccountName     uzivatelsdlouhymjmen  
cn                             uzivatelsdlouhymjmenem  
name                        uzivatelsdlouhymjmenem  
userPrincipalName     uzivatelsdlouhymjmenem@pokus

Pak jsem se zkoušel přihlásit. Následující jména prošla:

• FIRMA1\uzivatelsdlouhymjmen - NetBIOS logon name

• uzivatelsdlouhymjmenem@pokus – zadané UPN

• uzivatelsdlouhymjmen@firma1.local – implicitní UPN

• firma1.local\uzivatelsdlouhymjmen – použití DNS jména domény v NetBIOS přihlášení

Přihlášení se nepodařilo:

• FIRMA1\uzivatelsdlouhymjmenem 
   

• uzivatelsdlouhymjmenem@firma1.local
   

• firma1.local\uzivatelsdlouhymjmenem

V popisu u MS jsem se o přihlašování dočetl následující. Když použijeme pro přihlášení sAMAccountName, tak zároveň určujeme doménu, v které se účet nachází (případně se použije aktuální). Při použití UPN není jasná doména (zadáváme pouze příponu, která nemusí odpovídat doméně), takže se nejprve hledá v aktuální doméně, pokud se UPN nenalezne, tak se použije globální katalog a hledá se doména, kde se účet nachází.

Při pokusech s různým přihlášením jsem také zachytával komunikaci. Aby bylo vše zajímavější, tak jsem se přihlašoval z jiné důvěryhodné domény (šlo o firma2.local). Když se klient snaží přihlásit, tedy získat TGT, tak v žádosti posílá přihlašovací údaje, které jsme zadali (viz. výše uvedené příklady). Pokud úspěšně získáme tiket, tak je v něm vždy DNS doména a uživatelské jméno sAMAccountName.

Pokud zadáme tvar doména\jméno, tak se hledá jméno (porovnává se s atributem sAMAccountName) v rámci domény doména (jedno jestli jde o NetBIOS nebo DNS). Tedy v KRG-AS-REQ paketu se použije Client Name = jméno, Realm = doména.

Pokud zadáme jméno@doména (tedy UPN), tak se nejprve hledá v lokální doméně, použije se Client Name = jméno@doména (porovnává se s atributem userPrincipalName), Realm = DNS jméno aktuální domény. Pokud se nenalezne, tak DC hledá pomocí globálního katalogu, jestli UPN existuje v jiné doméně nebo přípona odpovídá jiné doméně. Pokud ano, tak vrátí odkaz na doménu. Klient provede nový dotaz s jiným Realm a zaslaný na DC z odkazu.

Informace o uživateli na stanici

Na stanici můžeme použít určité řádkové příkazy, abychom získali informace o uživateli. První příkaz je dotaz na libovolného uživatele v doméně:

C:\>net user bouska /domain 
The request will be processed at a domain controller for domain firma.local. 

User name                           bouska  
Full Name                            Bouška Petr  
Comment                             Ing. Petr Bouška  
User's comment  
Country/region code              (null)  
Account active                      Yes  
Account expires                    Never   
Password last set                 1.3.2014 14:54:14  
Password expires                  Never  
Password changeable            1.3.2014 14:54:14  
Password required                 Yes  
User may change password    Yes   
Workstations allowed              All  
Logon script  
User profile  
Home directory  
Last logon                             19.5.2014 16:24:41   
Logon hours allowed               All   
Local Group Memberships  
Global Group memberships    *G Jabber IM *Domain Users 

The command completed successfully.

Druhá možnost je řada různých parametrů známého příkazu whoami, který zobrazí aktuálně přihlášeného uživatele.

C:\>whoami /upn  
bouska@firma.local  
C:\>whoami /fqdn  
CN=Bouška Petr,OU=IS,OU=Firma,DC=firma,DC=local  
C:\>whoami /logonid  
S-1-5-5-0-1835268  
C:\>whoami /user /fo list  
USER INFORMATION  
----------------  
User Name: ok\bouska  
SID: S-1-5-21-2200232112-3866456066-1594429224-1223

Hodně informací se můžeme dozvědět i z jednoduchého výpisu systémových proměnných. Je zde vidět jméno počítače, autentizačního severu (DC), domény (NetBIOS i DNS) či uživatele. Ukázkový kousek výpisu:

C:\>set  
COMPUTERNAME=BOUSKAP  
LOGONSERVER=\\DC  
USERDNSDOMAIN=FIRMA.LOCAL  
USERDOMAIN=FIRMA  
USERNAME=bouska  
USERPROFILE=C:\Users\bouska  
windir=C:\WINDOWS

Service Principal Name (SPN)

Service Principal Name (SPN) se využívají v Active Directory, kde jsou uloženy v atributu servicePrincipalName u účtu. Jde o jeden ze základních prvků fungování Kerberos autentizace, spolu se službou DNS. SPN je unikátní identifikátor služby běžící na serveru. Jinak řečeno, je to jméno, pomocí kterého klient jednoznačně identifikuje instanci služby v rámci lesa. Každá služba, kde chceme využít Kerberos autentizaci, musí mít SPN registrované na účtu, který používá k přihlášení. Jedna služba může mít více rozdílných SPN, stejně tak k jednomu účtu může být přiřazeno více SPN.

SPN syntaxe je obecně ServiceClass/Host:Port/ServiceName, ale nejčastěji jde pouze o ServiceClass/Host. První část je název, který identifikuje obecně třídu služby, příkladem je ldap, GC, HOST, DNS, HTTP, TERMSRV, MSSQLSvc. Pro webové servery, ať jde o protokol HTTP nebo HTTPS, se používá HTTP. Druhá část je jméno počítače, kde služba běží. Většinou se používá FQDN (Fully Qualified Domain Name), ale pokud ke službě přistupujeme přes NetBIOS jméno, tak musíme použít to. Stejně tak v některých případech potřebujeme přidat DNS alias. Naštěstí SPN můžeme registrovat více. Příkladem SPN pro webový server je HTTP/www.firma.local.

Ve Windows (od Windows 7 / Server 2008) máme k dispozici nástroj pro příkazový řádek setspn, který slouží k prohlížení, nastavování a mazání SPN v Active Directory. Pro určité operace potřebujeme patřičné oprávnění. Můžeme tak ověřit existenci určitého SPN, či vyhledat všechna SPN pro danou službu či server. Několik příkladů hledání pomocí setspn:

setspn -Q HTTP/server.firma.local 
setspn -Q HTTP/* 
setspn -Q */server.firma.local 
setspn -Q */*

Pokud chceme hledat v rámci celého lesa, tak musíme přidat přepínač F.

setspn –F -Q HTTP/server.firma.local

Další příklad ukazuje registraci nového SPN pro webový server k účtu webserver.

setspn –S HTTP/www.firma.local firma\webserverVíce na: https://www.zive.cz/clanky/kerberos-cast-1--microsoft-active-directory/sc-3-a-173970/default.aspx

V minulém díle jsme si popsali Microsoft prostředí a termíny, které budeme využívat při popisu protokolu Kerberos a jeho navázání na Active Directory Domain Services. Dnes začneme tím, že se pokusíme objasnit, co znamená termín Single Sign-On. Dále si obecně popíšeme Kerberos a jeho vlastnosti a budeme se věnovat všem hlavním prvkům a termínům, z kterých se Kerberos protokol skládá.

Koho zajímá pouze hrubý princip Kerberos autentizace (SSO), tak může počkat na příští díl, kde si jej popíšeme zjednodušeně i detailně. Ale pokud chceme hlubší porozumění, tak je potřeba rozumět jednotlivým detailům, kterým se věnujeme dnes.

Co je to SSO?

Běžně užívaná zkratka SSO pochází z názvu Single Sign-On, česky se používá označení jednotné přihlašování, ale já preferuji anglický termín. Jde o metodu, kdy zadáme svoje přihlašovací údaje pouze jednou, a autentizace k dalším službám proběhne bez našeho zásahu (a zadání přihlašovacích dat). Správa našich údajů se provádí na centrálním místě (serveru) a na něm se autentizujeme. Často je SSO spojováno s centrální správou uživatelských údajů (Identity Management), což nám zajistí společné uživatelské jméno, heslo (či alternativní autentizaci jako je certifikát) a další údaje (třeba email a adresu) pro různé služby. Pokud dojde ke změně nějakého údaje, tak je měníme na jednom místě a projeví se to pro všechny služby, které využíváme.

Nejen, že jde o pohodlné řešení, ale také zvyšuje bezpečnost. Přihlašovací údaje se vůbec nedostanou na službu, ověřujeme se na centrálním místě a službě pouze předáme důvěryhodnou informaci. Takže také pro aplikaci není důležité, jakou metodou došlo k autentizaci uživatele. Nemusí docházet k přímé komunikaci mezi službou a autentizačním serverem, s tím komunikuje klient. Samozřejmě to znamená i nebezpečí, pokud by bylo napadeno centrální místo, tak získá útočník přístup k různým systémům.

SSO se dá prakticky realizovat různým způsobem. Každá metoda přináší určité výhody i nevýhody.

Kerberos SSO

V tomto seriálu se budeme věnovat rozšířené metodě SSO a to využití protokolu Kerberos. Naše zaměření bude speciálně na Kerberos v podání firmy Microsoft, což znamená doménové prostředí. V tomto případě provádí autentizaci služba KDC, která běží na všech doménových řadičích (DC). Klient tedy při využití SSO musí mít dostupný DC. Tuto službu asi nebudeme publikovat do internetu, takže je SSO omezeno na využití v interní síti. Na druhou stranu je možno nastavit důvěryhodnost s jinými doménami (pokud máme zajištěnu síťovou komunikaci, třeba pomocí VPN) a pak SSO funguje i mezi doménami.

Služba, ke které se chceme připojit, může běžet na Windows serveru/stanici, který je i není zařazen do domény. Stejně tak může být na Linuxu. Není ani nutné, aby se služba nacházela v lokální síti, může být v rámci internetu či jiné sítě.

Pokud jsme členem domény, tak si možná ani neuvědomujeme, že k SSO dochází velice často. Na začátku se přihlásíme do domény (při autentizaci do počítače) a při přístupu k dalším službám (které mají SSO nastavené) dojde automaticky k přihlášení. To nastává pokaždé, když použijeme síťovou tiskárnu, sdílený disk, připojíme se Outlookem k Exchange serveru či řadě dalších síťových služeb. Aniž bychom něco zaznamenali, tak na pozadí dojde k naší autentizace (a následně autorizaci) pomocí SSO. Většinou pokud neprojde autorizace (nemáme práva k dané službě), tak se zobrazí přihlašovací dialog a můžeme použít jiný účet.

Kerberos autentizace využívá vždy přihlášení k nějaké službě a v takovém případě se vždy využívá princip Single Sign-On.

SSO pro web

V internetu se SSO nejvíce využívá pro webové aplikace. V rámci interní sítě nám pro webové servery funguje Kerberos SSO, ale klient se musí nacházet uvnitř interní sítě. To se nehodí pro domácí uživatele, kteří nejsou součástí domény. A je to často problém i pro firemní použití.

Proto existují dva způsoby řešení. Ve firemním prostředí se využije speciální server Identity Provider, který nabízí služby prokázání identity do internetu. Interně provádí autentizaci uživatele vůči adresářové službě (třeba Active Directory). Znamená to tedy, že můžeme doménové účty využít k autentizaci ke službám v internetu (používá se třeba u hybridních cloudů). Často se využívá otevřený standard Security Assertion Markup Language (SAML a novější SAML2).

Druhá možnost je služba v internetu, která spravuje uživatelské účty a provádí autentizaci. Můžeme se tak do různých webů přihlásit jedním účtem (a v ideálním případě pomocí SSO). Něco takového využíváme například u Google, Facebooku či Microsoftu. Některé systémy z této oblasti jsou OpenAM (dříve OpenSSO) či WebAuth. Jednotná správa identit je OpenID nebo český projekt mojeID.

Praktické použití je takové, že při prvním přístupu k webové službě, která využívá jednotný účet, zadáme přihlašovací údaje. Získáme šifrovanou identitu a při přístupu k další službě již není třeba údaje zadat. Na počátku se ale musíme přihlásit k počítači, kde se využívá jiný účet.

Když jsme zmínili Cloud, tak pro firemní prostředí se využívá ještě jedna možnost. Účty z interního Active Directory se synchronizují (třeba MS DirSync) do Cloudového adresáře nebo se provádí federace (třeba MS Active Directory Federation Services). Uživatelské účty pak fungují v rámci daných Cloudových služeb. Příkladem je třeba Microsoft Office 365.

Protokol Kerberos

Kerberos je síťový autentizační protokol, který pracuje na základě tiketů(Tickets), aby umožnil komunikujícím stranám v nezabezpečené síti bezpečně prokázat svoji identitu. Na začátku zadáme svoje přihlašovací údaje a veškeré další ověřování funguje na principu SSO.

Protokol Kerberos vznikl již v osmdesátých letech dvacátého století na univerzitě Massachusetts Institute of Technology (MIT). Dodnes používaná verze 5 je zde od roku 1993, kdy byla definována v RFC 1510 - The Kerberos Network Authentication Service (V5). Tato norma byla v roce 2005 upravena a specifikována v RFC 4120 - The Kerberos Network Authentication Service (V5). V Microsoftím doménovém prostředí je Kerberos v5 výchozí autentizační protokol. Jako alternativa, či ve starších Windows (NT 4.0), se používá protokol NTLM (NT LAN Manager). Věci související s Kerberos protokolem jsou definovány v řadě dalších RFC norem.

Standardní Kerberos se využívá pro autentizaci, Microsoft jej rozšířil o autorizační údaje (posílá seznam skupin, kterých je uživatel členem, a případně další informace) pomocí Kerberos Protocol Extensions [MS-KILE]. Tyto údaje jsou uloženy v Privilege Attribute Certificate (PAC) Data Structure [MS-PAC].

Kerberos je hojně využíván (nejen v MS světě) díky svým vlastnostem:

• uživatelské heslo ani jeho hash se nikdy nepřenáší v síti – vyměňují se šifrované tikety

• využívá se symetrická kryptografie – jsou podporování různé šifry (jako DES, RC4, AES)

• architektura je rozšiřitelná – umožňuje použít další či alternativní bezpečnostní metody (šifry, hashe)

• podporuje vzájemnou autentizaci (mutual authentication) – volitelně se nemusí pouze autentizovat klient u služby, ale i služba klientovi

• chrání proti odposlechu (eavesdropping) či opakovanému použití stejných rámců (replay attacks, ochrana pomocí časových známek)

• umožňuje uživatelům přistupovat k různým službám bez zadání hesla = Single Sign-On

• zjednodušuje administraci – účty jsou spravovány centrálně pro různé aplikace

• funguje v modelu klient server a vyžaduje důvěryhodnou třetí stranu(KDC) – to je zároveň slabina, KDC musí stále běžet a musí být dobře zabezpečené

• klient se neověřuje na serveru, ten vůbec nedostane uživatelovy credentials, ověření provádí KDC a odesílá šifrovaně uživatelovo jméno (to může rozšifrovat jen server)

• podporuje impersonation – uživatel přímo nepřistupuje ke zdrojům, místo něj přistupuje systém

• podporuje delegation of authentication (pomocí proxy ticket, forwarded ticket, protocol transition a constrained delegation) – umožňuje službě běžící pod nějakým účtem převzít uživatelovu identitu a přihlásit se k jiné službě (například uživatel se přihlásí k aplikačnímu serveru, ten se musí přihlásit k DB, ale potřebuje to provést pod oprávněním uživatele)

Kerberos protokol je považován za bezpečný, chrání proti řadě různých útoků či zneužití. Ze svého principu (jako je používání dočasných tiketů a šifrování různými klíči) a účelu (umožnit bezpečné ověření v nezabezpečené síti) jde o ochranu při komunikaci v síti. Zůstávají tedy místa, kde může dojít k zneužití. Jedním bodem je uživatelské heslo, pokud je zvoleno slabé heslo a útočník jej může odhadnout/získat, tak bezpečnost vlastního protokolu nezabrání zneužití účtu. Pro zvýšení bezpečnosti je možné použít čipovou kartu a autentizaci certifikátem. Druhé nebezpečí je napadení stanice, z které se uživatel přihlašuje. V paměti je dočasně uložen Secret Key, což je vlastně heslo uživatele.

Jméno protokolu vzniklo podle řecké mytologie, kde Kerberos je tříhlavý pes chránící vchod do podsvětí. To proto, že komunikace se účastní tři strany:

• uživatel – klient, který chce přistoupit k nějaké síťové službě

• server – přesněji řečeno služba, na kterou chce uživatel přistoupit

• Key Distribution Center (KDC) – důvěryhodná třetí strana, která provádí ověřování, je součástí doménového řadiče (DC) a obsahuje dvě nezávislé služby - Authentication Service (AS) a Ticket-Granting Service (TGS).

Kerberos V5 standardně využívá TCP(/UDP) port 88. Je plně integrován v Active Directory, serverovém i klientském OS od Windows 2000, a řadě síťových protokolů, jako je CIFS/SMB, HTTP, RPC, tiskové služby, DFS, IPsec, apod. Kerberos je závislý na řadě služeb, jde o Active Directory Domain (nefunguje pro lokální účty), TCP/IP síť, DNS (Domain Name System), časové synchronizaci (Time Service) a SPN (Service Principal Names).

Hlavní termíny Kerberos protokolu

Nejprve si vysvětlíme důležité pojmy a používané principy, které hrají roli u Kerberos autentizace. Pomocí nich si následně popíšeme princip ověřování.

Cryptography (kryptografie - šifrování)

Kerberos protokol je postaven na šifrování, proto si na začátku velmi stručně zmíníme hlavní termíny. Kryptografie se používá pro dosažení různých cílů. Jde o Confidentiality (důvěrnost, ochrana proti čtení dat), Data integrity (ochrana dat před změnou), Authentication (ověření, že data pochází od dané strany), Non-repudiation (neodmítnutelnost).

• Encryption (šifrování) – transformace dat (plaintext) za účelem jejich zabezpečení (ciphertext), takže pouze ten, kdo zná klíč, je může rozšifrovat, existuje šifrování se symetrickým klíčem, kde je stejný klíč pro šifrování i dešifrování, a šifrování s veřejným klíčem, kde šifrovací klíč je veřejně známý, takže každý může data zašifrovat, ale dešifrovat je může pouze majitel privátního klíče, příklad šifer je SSL, PGP, AES, DES, 3DES

• Hashing (hašování) – funkce, která z různě dlouhých vstupních dat vytváří kratší výstup pevné délky (hash), stejný vstup má vždy stejný hash, různé vstupy mají různý výstup, z výstupu nelze získat vstupní data, pokud dojde ke změně vstupu, tak se výrazně změní hash (využívá se pro zajištění integrity dat, kdy se k datům vytvoří kontrolní součet), příklad Hash funkcí MD5, SHA, SHA2

• Encoding (kódování) – transformace dat do jiného formátu (aby se mohli lépe zpracovávat), proces je veřejně známý a může být obrácen, příklad kódování je Base64

Key Distribution Center (KDC)

KDC je server, který autentizuje klienta a vystavuje tikety. Jde o centralizovanou důvěryhodnou třetí stranu v Kerberos komunikaci. U MS je součástí každého doménového řadiče (DC) a obsahuje dvě nezávislé služby (které se obě nachází na DC):

• Authentication Service (AS) – provádí autentizaci uživatele a odesílá mu TGT

• Ticket-Granting Service (TGS) – na základě TGT ověří uživatele a odesílá Service Ticket pro požadovanou službu

KDC přistupuje k Active Directory informacím o účtech, včetně hesel (hashů). Pro ověření se uživatelské heslo využívá pouze k získání TGT, a ani v této fázi se neposílá po síti, dále se již využívá TGT.

Secret Key – tajný klíč

Tajný klíč slouží k ověření uživatele pomocí šifrování/dešifrování komunikace, sdílí jej mezi sebou Principal (klient či služba) a KDC. Používá se několik označení, asi nejčastější je Secret Key, další je Shared Secret Key (sdílený tajný klíč) či obecně Encryption Key (šifrovací klíč). Secret Key vznikne z textového hesla, ke kterému se přidá sůl (Salt), což je Principal Name včetně Realmu (to zajistí, aby ani uživatelé se stejným heslem, neměli stejný klíč). Tento řetězec zpracuje funkce string-to-key (string2Key), která provede jednosměrnou hashovací funkci(nelze zpět získat heslo), a výsledkem je klíč.

Princip ověření je takový, že tajemství je známo pouze dvěma stranám (uživatel a KDC). Každá strana může ověřit tu druhou tak, že druhá strana zná stejné tajemství. Aby se ověřilo, že druhá strana zná tajemství, tak Kerberos využívá Secret Key Cryptography (šifrování pomocí klíče). Jedna strana zašifruje zprávu pomocí klíče, pokud ji druhá dokáže rozšifrovat, tak musí znát klíč (tajemství). Využívá se symetrické šifrování (stejný klíč dokáže data zašifrovat i rozšifrovat).

Termín Secret Key nejčastěji používáme pro klíč uživatele, ale šifrovacích klíčů se používá více:

• dlouhodobé symetrické klíče (Long-Term Symmetric Keys) – vytváří se z hesla, textové heslo se pomocí šifrovací funkce (například DES-CBC-MD5) transformuje na klíč. Patří sem User key (uživatel, heslo je zadáno v AD a na stanici se zadá při přihlášení), System key (když se počítač zařadí do domény, tak dostane heslo, z něj se vytvoří klíč), Service key (služby získají klíč z hesla účtu, který používají pro přihlášení), Inter-realm keys (pro autentizaci mezi doménami - cross-realm authentication, kde je vytvořen vztah důvěry)

• dlouhodobé asymetrické klíče (Long-Term Asymmetric Keys) – veřejný klíč pro autentizaci certifikátem ze Smartcard

• krátkodobé symetrické klíče (Short-Term Symmetric Keys) - Session Keypro šifrování komunikace mezi KDC a klientem nebo službou a klientem, KDC si jej neukládá, protože klient jej vždy pošle v šifrovaném tiketu

Tiket (ticket)

Tiket představuje Kerberos credentials, jde o záznam (uložený v paměti či v souboru na disku), který může být použit pro ověření identity. Tickety jsou základem autentizace v Kerberosu, kdy se po síti neposílají hesla, ale pouze šifrované tickety. Obsahuje identitu klienta, Session Key, časovou známku a další informace. Šifruje se pomocí serverového Secret Key.

Pro žádost a doručení tiketů se používají Kerberos zprávy (pakety). V žádosti (request) se posílá požadovaná (podporovaná) šifrovací metoda a požadované vlastnosti (flags). Na klientovi se tikety ukládají do vyrovnávací paměti (volatile memory space, ne na disk), takže se mohou použít opakovaně. Mají určitou dobu platnosti. Používáme dva typy tiketů:

• Ticket-Granting Ticket (TGT) – jde o speciální Service Ticket pro službu KDC (krbtgt), zařizuje bezpečné předání uživatelových credentials z AS na TGS, můžeme říci, že slouží k autentizaci uživatele, je šifrovaný pomocí KDC Secret Key (klient nemůže rozšifrovat), obsahuje údaje o klientovi, příznaky (flags), časové razítko, případné další údaje a Session Key (při použití TGT nemusí KDC hledat Secret Key klienta, ale rozšifruje si Session Key a ten použije), defaultní platnost je 10 hodin, může se provádět obnova (renew) bez potřeby zadat heslo, Microsoft rozšířil standardní tiket o autorizační data, takže je zde také SID uživatele a SIDy bezpečnostních skupin, kterých je členem

• Service Ticket – zařídí, aby se uživatelovy credentials bezpečně dostaly z TGS ke službě, slouží tedy k autentizaci uživatele u služby, obsahuje nešifrovaně SPN služby a šifrovaně pomocí Secret Key služby (takže klient nemůže rozšifrovat) údaje o klientovi (může zde být i adresa), dobu platnosti a Session Key pro komunikaci klienta a služby, Microsoft rozšířil standardní tiket o autorizační data, takže je zde také SID uživatele a SIDy bezpečnostních skupin, kterých je členem

Níže je příklad Service Ticketu, jak si jej můžeme vypsat na klientovi.

C:\>klist
Current LogonId is 0:0x4c2b5
Cached Tickets: (10)

#2> Client: bouska @ FIRMA.LOCAL
Server: HTTP/www.firma.local @ FIRMA.LOCAL
KrbTicket Encryption Type: RSADSI RC4-HMAC(NT)
Ticket Flags 0x40a00000 -> forwardable renewable pre_authent
Start Time: 4/25/2014 12:53:44 (local)
End Time: 4/25/2014 22:18:52 (local)
Renew Time: 5/2/2014 12:18:52 (local)
Session Key Type: RSADSI RC4-HMAC(NT)
Cache Flags: 0
Kdc Called: dc.firma.local

Authenticator

Spolu s tiketem klient posílá i čerstvě generovaný Authenticator šifrovaný pomocí Session Key (ten je obsažen v tiketu). Služba může věřit, že tiket není podvržený, protože je šifrovaný jejím klíčem (který zná pouze KDC a ona). Nemá ale ověřeného odesílatele (protože vlastní tiket může být ukraden), proto se používá Authenticator.

Authenticator je šifrovaný klíčem (Session Key), který zná pouze správný klient a server. Obsahuje časovou známku, která se ověřuje, jestli není rovna nebo menší, než naposled přijatá časová známka od klienta (tím se zajistí, že authenticator není možno použít opakovaně). Také se kontroluje časová známka s časem na serveru a nesmí se lišit o víc než 5 minut (klient a server musí mít synchronizovaný čas). Dále obsahuje jméno a Realm klienta, kontrolní součet aplikačních dat a může zde být šifrovací klíč (který by se použil místo Session Key).

Pre-authentication

Použití před-autentizace zvyšuje bezpečnost přihlašovacího procesu. Při normálním průběhu klient žádá o TGT a v žádosti (KRG-AS-REQ) odesílá pouze svoje jméno a doménu. KDC nalezne uživatele a pomocí jeho Secret Keyzašifruje Session Key, který mu pošle (spolu s TGT). Když klient nezná heslo (Secret Key), tak si nemůže rozšifrovat Session Key a tudíž dále komunikovat s KDC. Útočník by ale mohl poslat požadavek za jiného uživatele. A pak se pokusit provádět nějaké útoky hrubou silou na šifrovaný Session Key a tím by mohl zjistit heslo uživatele.

Proto se při Pre-authentication na požadavek KRG-AS-REQ odešle KRB-ERROR s hodnotou KRB5KDC_ERR_PREAUTH_REQUIRED. Na to klient odpoví novým KRG-AS-REQ paketem, kde do oblasti PADATA přidá časovou známku zašifrovanou pomocí uživatelova Secret Key. KDC rozšifruje časovou známku (tím ověřil uživatele) a ještě zkontroluje, jestli je čas v pořádku (stejně jako u Authenticator). Dále pokračuje běžným způsobem.

Pozn.: V Kerberos v5 je Pre-authentication volitelná, ale v Active Directory je defaultně vyžadována.

Realm - doména

Každá organizace, která chce provozovat Kerberos, si definuje svůj vlastní Realm. Jméno Realmu, v které je uživatel registrován, je součástí uživatelského jména. Může se navazovat vztah mezi Realmy, mohou být hierarchicky organizovány a nejčastěji se používá DNS zápis. V Microsoft prostředí je Kerberos Realm ekvivalentem pro Active Directory doménu. Kerberos Realm je závislý na velikosti znaků a standardně se používají velká písmena. KDC může vydávat tikety pouze pro svůj Realm. Příkladem Realmu je FIRMA.LOCAL.

Principal Name

Principal je unikátní identita (pojmenovaná entita klienta nebo serveru), které může Kerberos přiřadit tiket. Kerberos slouží k prokázání, že komunikující objekt byl u KDC registrován pod identitou, za kterou se vydává. Principal může mít řadu komponent, které se oddělují lomítkem /, ale nejčastější tvar je primary@REALM nebo primary/instance@REALM. Souvisí to s dříve popsanými UPN a SPN v Active Directory. Příkladem uživatelského Principal je bouska@FIRMA.LOCAL a Principal služby je HTTP/www.firma.local@FIRMA.LOCAL.

Pozn.: Principal se většinou používá včetně uvedení Realmu, ale není to podmínka.

Secure Channel

Je používán ve Windows, když se přenáší Secret Key (třeba když vytvoříme uživatele a zadáme jeho heslo), tak je přenos zabezpečen jiným Secret Key.

Kerberos zprávy (packety)

Kerberos protokol standardně komunikuje na TCP portu 88. Používá několiktypů zpráv (Message Type), některé mohou být zabaleny v jiném protokolu. Podrobné informace o zprávách, tiketech, jejich obsahu a datových typech nalezneme ve specifikaci RFC 4120 - 5.Message Specifications.

Nejčastější zprávy spočívají ve výměně požadavku (Request) a odpovědi (Reply). První komunikace je mezi klientem a Kerberos serverem (tedy KDC). Pro získání TGT se komunikuje s Authentication Service (AS) a posílá se KRB-AS-REQ (10) a KRB-AS-REP (11). Pro získání Service Ticket se komunikuje s Ticket-Granting Service (TGS) a posílá se KRB-TGS-REQ (12) a KRB-TGS-REP (13).

Když se podíváme na obsah zpráv, tak požadavky mají dvě hlavní části. padata, což je zkratka pre-authentication data, zde mohou být informace potřebné pro zpracování nebo dešifrování. Třeba u KRB-TGS-REQ je zde Authentication Header (Ticket-Granting Ticket a Authenticator). A KDC-REQ-BODY, kde jsou vlastní data požadavku, třeba Client Name, Realm, Server Name (SPN). Odpověďmůže mít více částí, je zde třeba Client Name, Client Realm a Ticket, což je vlastní vystavený Ticket, v něm vidíme Server Name (SPN), Realm a šifrovanou část.

Pro autentizaci uživatele k aplikačnímu serveru komunikuje klient a server. Posílá se KRB-AP-REQ (14), který obsahuje hlavně tiket (Service Ticket) a authenticator. V ap-options může být příznak mutual-required a pak musí server odpovědět zprávou KRB-AP-REP (15) čímž autentizuje sebe u klienta. Objevit se může také zpráva KRB-ERROR (30) s nějakou chybovou informací. Existuje ještě několik dalších typů zpráv, ale ty se používají pro speciální případy.