Windows的Kerberos安全認證是如何進行的？

最近一段時間都在折騰安全（Security）方面的東西，比如Windows認證、非對稱加密、數字證書、數字簽名、TLS/SSL、WS-Security等。如果時間允許，我很樂意寫一系列的文章與廣大網友分享、交流。對于很多讀者來說，今天討論的可能是一個既熟悉、又陌生的話題——Windows認證。

目錄
一、Kerberos認證簡介
二、如何獲得“認購權證”？
三、如何通過“認購權證”購買“入場券”？
四、憑票入場

一、Kerberos認證簡介

Windows認證協議有兩種NTML（NT LAN Manager）和Kerberos，前者主要應用于用于Windows NT 和 Windows 2000 Server（or Later） 工作組環境，而后者則主要應用于Windows 2000 Server（or Later） 域（Domain）環境。Kerberos較之NTLM更高效、更安全，同時認證過程也相對復雜。Kerberos這個名字來源于希臘神話，是冥界守護神獸的名字。Kerberos是一個三頭怪獸，之所以用它來命名一種完全認證協議，是因為整個認證過程涉及到三方：客戶端、服務端和KDC（Key Distribution Center）。在Windows域環境中，KDC的角色由DC（Domain Controller）來擔當。

某個用戶采用某個域帳號登錄到某臺主機，并遠程訪問處于相同域中另一臺主機時，如何對訪問者和被訪問者進行身份驗證（這是一種雙向的驗證）？這就是Kerberos需要解決的場景。接下來我盡量以比較直白的語言來介紹我所知道的Kerberos認證的整個流程。

Kerberos實際上是一種基于票據（Ticket）的認證方式?？蛻舳艘�訪問服務器的資源，需要首先購買服務端認可的票據。也就是說，客戶端在訪問服務器之前需要預先買好票，等待服務驗票之后才能入場。在這之前，客戶端需要先買票，但是這張票不能直接購買，需要一張認購權證?？蛻舳嗽谫I票之前需要預先獲得一張認購權證。這張認購權證和進入服務器的入場券均有KDC發售。右圖（點擊看大圖）一張圖基本揭示了Kerberos整個認證的過程。

二、如何獲得“認購權證”？

首先，我們來看看客戶端如何獲得“認購權證”。這里的認購權證有個專有的名稱——TGT（Ticket Granting Ticket），而TGT的是KDC一個重要的服務——認證服務（KAS：Kerberos Authentication Service）。當某個用戶通過輸入域帳號和密碼試圖登錄某臺主機的時候，本機的Kerberos服務會向KDC的認證服務發送一個認證請求。該請求主要包括兩部分內容，明文形式的用戶名和經過加密的用于證明訪問者身份的Authenticator（我實在找不到一個比較貼切的中文翻譯沒，Authenticator在這里可以理解為僅限于驗證雙反預先知曉的內容，相當于聯絡暗號）。

當KDC接收到請求之后，通過AD獲取該用戶的信息。通過獲取的密碼信息生成一個秘鑰對Authenticator進行解密。如果解密后的內容和已知的內容一致，則證明請求著提供的密碼正確，即確定了登錄者的真實身份。

KAS成功認證對方的身份之后，會先生成一個用于確保該用戶和KDC之間通信安全的會話秘鑰——Logon Session Key，并采用該用戶密碼派生的秘鑰進行加密。KAS接著為該用戶創建“認購權證”——TGT。TGT主要包含兩方面的內容：用戶相關信息和Logon Session Key，而整個TGT則通過KDC自己的密鑰進行加密。最終，被不同密鑰加密的Logon Session Key和TGT返回給客戶端。（以上的內容對應流程圖中的步驟1、2）

三、如何通過“認購權證”購買“入場券”？

經過上面的步驟，客戶端獲取了購買進入同域中其他主機入場券的“認購憑證”——TGT，以及Logon Session Key，它會在本地緩存此TGT和Logon Session Key。如果現在它需要訪問某臺服務器的資源，它就需要憑借這張TGT向KDC購買相應的入場券。這里的入場券也有一個專有的名稱——服務票據（ST：Service Ticket）。

具體來說，ST是通過KDC的另一個服務TGS（Ticket Granting Service）出售的?？蛻舳讼认騎GS發送一個ST購買請求，該請求主要包含如下的內容：客戶端用戶名；通過Logon Session Key加密的Authenticator；TGT和訪問的服務器（其實是服務）名。

TGS接收到請求之后，現通過自己的密鑰解密TGT并獲取Logon Session Key，然后通過Logon Session Key解密Authenticator，進而驗證了對方的真實身份。

TGS存在的一個根本的目有兩點：其一是避免讓用戶的密碼客戶端和KDC之間頻繁傳輸而被竊取。其二是因為密碼屬于Long Term Key（我們一般不會頻繁的更新自己的密碼），讓它作為加密密鑰的安全系數肯定小于一個頻繁變換得密鑰（Short Term Key）。而這個Short Term Key就是Logon Session Key，它確保了客戶端和KDC之間的通信安全。

TGS完成對客戶端的認證之后，會生成一個用于確?？蛻舳?服務器之間通信安全的會話秘鑰——Service Session Key，該會話秘鑰通過Logon Session Key進行加密。然后出售給客戶端需要的入場券——ST。ST主要包含兩方面的內容：客戶端用戶信息和Service Session Key，整個ST通過服務器密碼派生的秘鑰進行加密。最終兩個被加密的Service Session Key和ST回復給客戶端。（以上的內容對應流程圖中的步驟3、4）

四、憑票入場

客戶端接收到TGS回復后，通過緩存的Logon Session Key解密獲取Service Session Key。同時它也得到了進入服務器的入場券——ST。那么它在進行服務訪問的時候就可以借助這張ST憑票入場了。該Serivce Session Key和ST會被客戶端緩存。

但是，服務端在接收到ST之后，如何確保它是通過TGS購買，而不是自己偽造的呢？這很好辦，不要忘了ST是通過自己密碼派生的秘鑰進行加密的。具體的操作過程是這樣的，除了ST之外，服務請求還附加一份通過Service Session Key加密的Authenticator。服務器在接收到請求之后，先通過自己密碼派生的秘鑰解密ST，并從中提取Service Session Key。然后通過提取出來的Service Session Key解密Authenticator，進而驗證了客戶端的真實身份。

實際上，到目前為止，服務端已經完成了對客戶端的驗證，但是，整個認證過程還沒有結束。談到認證，很多人都認為只是服務器對客戶端的認證，實際上在大部分場合，我們需要的是雙向驗證（Mutual Authentication）——訪問者和被訪問者互相驗證對方的身份?，F在服務器已經可以確?？蛻舳耸撬�所聲稱的那么用戶，客戶端還沒有確認它所訪問的不是一個釣魚服務呢。

為了解決客戶端對服務器的驗證，服務要需要將解密后的Authenticator再次用Service Session Key進行加密，并發揮給客戶端?？蛻舳嗽儆镁彺娴腟ervice Session Key進行解密，如果和之前的內容完全一樣，則可以證明自己正在訪問的服務器和自己擁有相同的Service Session Key，而這個會話秘鑰不為外人知曉（以上的內容對應流程圖中的步驟5、6）

以上的內容僅僅講述的是基于Kerberos的Windows認證的大體流程，并不涉及到一些細節的東西，比如如何確保時間的同步，如何抵御Replay Attack等。此外，由于本文對Windows底層的知識有限，不能確保所有的內容都是完全正確，如有錯誤，還往不吝指正。