Window系统中Kerberos协议配置及数据包分析

1、网络安全协议课程设计报告设计题目：Windows系统中Kerberos协议配置及数据包分析 姓 名： 武 永 威 班 级： 网信1104班 学 号： 指导老师： 赵 宗 渠 理论叙述明确（5分）实验环境配置正确（10分）实验过程描述完整（10分）实验过程截图准确（10分）实验过程分析正确（10分）协议中典型数据包获取完整（10分）协议中数据包分析正确完整（10分）实验报告思路清晰（20分）报告格式规范（15分）目录一、引言1二、主要技术12.1虚拟机技术12.2 Kerberos技术12.2.1 Kerberos概述22.2.2 Kerberos中的票据22.2.3 Kerberos中的域22

2、.2.4 Kerberos协议原理2三、系统软件安装53.1 虚拟机的安装53.2 服务器端的安装53.3 客户端的安装8四、实验环境设计84.1 软硬件配置84.2 实现步骤84.3 Windows Server 2003配置域服务器84.4 Windows XP上登录域13五、实验结果分析155.1 Wireshark捕获的数据包155.2 AS-REQ15包内数据15截图16报文分析165.3 AS-REP17包内数据17截图205.4 TGS-REQ20包内数据20截图235.5 TGS-REP23包内数据23截图26六、小结26Window系统中Kerberos协议配置及数据包分析一

3、、引言Kerberos协议是20世纪80年代由MIT开发的一种协议。Kerberos主要是为TCP/IP网络设计的可信第三方鉴别协议，允许客户以一种安全的方式来访问网络资源。Kerberos的基础是NS协议。他与NS协议不同在于：Kerberos认为所有的时钟已经同步好了。 Kerberos基于对称密钥体质，通常采用的DES，但也可用其他算法替代。他与网络上的每个实体共享一个不用的密钥，是否知道共享密钥便是实体的身份证明。 Kerberos的基本原理：在一个分布式的Client/Server体制机构中采用一个或多个Kerberos服务器提供一个鉴别服务。客户端想请求应用服务

4、器Server上的资源时，首先客户端向Kerberos认证服务器请求一张身份证明，然后将身份证明交给Server进行验证，Server在验证通过后，即为客户端分配请求资源。二、主要技术2.1虚拟机技术虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。虚拟机技术的出现及虚拟机软件强大的虚拟功能，使得利用有限的实验设备开展以前无法开展的实验成为可能。虚拟技术可以方便地在一个主系统上建立多个同构或者异构的虚拟计算机系统，而且这些系统可以同时运行和来回切换而无需重新启动系统。还可以将这些计算机相互连接起来形成网络。能够利用Inte

5、rnet或其他公共互联网络的基础设施为用户创建隧道，并提供与专用网络一样的安全和功能保障，因此，采用计算机虚拟技术可以构建起一个虚拟的实验环境，大部分计算机的实践活动都可以在这样的虚拟环境中完成。 2.2 Kerberos技术Kerberos5是基于可信赖第三方认证协议，是较为成熟的身份认证机制。它利用随机产生的票据来获取会话密钥，避免了用户口令在网络上的传播，将认证从不安全的工作站转移到集中的认证服务器上，为开放网络环境中的两个主体提供身份认证，并通过会话密钥对通信进行加密。2.2.1 Kerberos概述Kerberos是MIT在80年代中期为其Athena8计划开发的一种基于KDC概念和

6、Needham-schroeder方法的分布式认证服务系统，它可以在不安全的网络环境中为用户对远程服务器的访问提供自动的鉴别，数据安全性和完整性服务，以及密钥管理服务。Kerberos的设计是针对以下要求实现的：(l) 安全性:网络中的窃听者不能获得必要的信息来假冒网络的用户(2) 可靠性: Kerberos应该具有高度的可靠性，并采用一个系统支持另一个系统的分布式服务结构(3) 透明性:用户除了被要求输入密码外，不会觉察出认证的进行过程(4) 可扩充性: 系统应能够支持更多的用户和服务器，具有较好的伸缩性Kerberos的设计目的分为三个领域:认证、授权、记账，可用作建造安全网络的一个成分，

7、它提供了可用于安全网络环境的认证机制和加密工具9。 Kerberos中的票据票据是Kerberos中一个重要概念。票据是Kerberos协议中用来记录信息、密钥等得数据结构，客户端用它向Server证明身份，包括了客户端身份标识、会话密钥、时间戮和其他信息。所有内容都是用Server密钥加密，因此只有认证服务器和合法验证者知道密钥，而客户端是不知道这个密钥的，故无法篡改票据内容。 Kerberos中的域域是指一个Kerberos服务器直接提供认证服务的有效范围。通常Kerberos系统使用领域来控制一个由认证服务器进行认证的区域，每个认证服务器建立和维护自己的区域，并且支持跨域认证，即一个域中

8、的客户端能够被另一个域的服务器认证。2.2.4 Kerberos协议原理Kerberos系统要求用户使用其用户名和口令作为自己的标识，而客户与服务器之间的交互则使用由对应的用户名和口令所生成的会话密钥。每个用户都与KDC共享一个从自己口令中导出的密钥，称为主密钥。当用户A登录进本地系统的时候，便从KDC获取一个访问KDC所需的会话密钥Sa和一个TGT(Ticket Granting Ticket)，因此KDC又称为TGS(Ticket Granting Server)。当A要访问B时，便凭借所获得的TGT向KDC申请一个临时的会话密钥Kab，客户使用这个会话密钥与对应的服务器交互。KDC自己拥

9、有主密钥，用于在自己颁发的各种通知单中放置一块鉴别信息，以防止对通知单的伪造。在讨论协议之前我们需要定义一些符号和概念。c:客户机 S:服务器a:客户的网络地址 v:票据的有效时间t:时间标记 DC:密钥分发中心 S:票据分发服务器 AS:认证服务器Kx: X与KDC的共享密钥 Kx,y: X与Y的会话密钥Tx,y: X使用Y时的凭据 Ax,y: 从X到Y的鉴别码mKx: 用X的秘密密钥加密的m在Kerberos V系统中，整个认证过程模型如图2-1:在Kerberos认证模型中使用了两种数据结构作为包含有信任信息的信任状，分别是票据Tc,s和认证标记Ac,s。它们都是基于对称密钥加密的，但是

10、被不同的密钥加密。票据被用来在身份认证服务器和应用服务器之间安全的传递票据使用者的身份。在图2-1中Kerberos基本认证过程可以分三段个阶段，分别由三组消息交换来完成。1.票据允许票据的获得客户方和AS之间的消息交换和称为初始票据交换，这一阶段完成的是客户方向KDC请求与TGS通信时使用的票据以及会话密钥的过程，在RFC1510中被称为认证服务交换。用户进行网络登录时，需要输入用户名和口令，客户方通过发出消息KRB_AS_REQ向AS申请TGT，AS以消息KRB_AS_REQ作为响应。KRB_AS_REQ中主要包含有客户方名字，服务器名字和一个Nonce，这里的服务器是特殊的服务器(票据发

11、放服务器TGS)。AS收到请求后判断请求的客户方确实存在，然后随机生成一个加密密钥Kc,tgs作为下一阶段客户方与TGS通信时使用的会话密钥，构造一个特殊的票据TGT。TGT中列出了客户方，会话密钥，以及开始和时效时间等信息，用TGS的秘密密钥进行加密。AS将新的会话密钥和Nonce用客户方的密钥Kc加密，完成一个简单的挑战/响应过程以保证消息的新鲜性，再将这些消息与TGT一起构成KRB_AS_REQ作为消息2送回给客户方。客户方计算机利用用户输入的口令变换出K。就能获得会话密钥Kc,tgs，并且从Nonce可以验证该消息是新鲜的，确信获得的TGT是刚从AS最新生成的。2.服务器票据的获得消息

12、3和4构成了服务器票据交换过程，使客户方向TGS请求与最终应用服务器进行通信所需要的票据和会话密钥的过程。票据发放服务交换是在客户方与TGS之间进行的消息交换，当客户方需要与某个特定的服务器进行通信时需要向TGS申请访问该服务所需要的票据。对已有的票据进行更新，确认等也可以利用这一交换。TGS交换的消息的格式与AS交换的消息的格式相类似，但是有一个显著的区别在于这里使用的加密解密密钥是会话密钥而不是客户方的共享密钥。TGS交换由KRB_TG_REQ和KRB_TG_REP两个消息组成在KRB_TG_REQ中包含有客户方访问TGS的TGT，需要访问的服务器名字，保证消息新鲜性的Nonce以及一个身

13、份认证者(就是用会话密钥签名的客户方信息)，这是为了保证这些数据在传输过程中没有被篡改。TGS用自己的密钥Ktgs验证了TGT后获得会话密钥和客户方要访问的应用服务器名称，从数据库中获得应用服务器的密钥K:后随机生成客户方与应用服务器之间通信用的会话密钥和票据。TGS将客户与服务器之间使用的新的会话密钥和Nonce用它从客户方发过来的TGT中获得的会话密钥Kc,tgs加密后与新的服务器票据一起构成响应消息KRB_TGS_REP传回给客户方，完成TGS交换。3.应用服务请求经过AS交换和TGS交换后，客户方获得了与服务器方进行通信所需要的票据和会话密钥。下面只要通过客户/服务器认证交换就可以完成

14、双方的认证过程。客户/服务器认证交互是由KRB_TG_REQ和KRB_AP_REP两个消息组成的，其中后一个消息只是在需要双向认证，服务器向客户证实自己的身份时才使用的，对应于图2-1中的消息5和6。KRB_AP_REQ的结构很简单，包含有认证者信息和提交给服务器的票据。票据本身己经完全能够证明客户方的身份，认证者标记这是防止票据被篡改。服务器通过解密KRB_AP_REQ中的认证者标记获得客户方的时间标记或者是序列号，将这些信息用会话密钥加密后就构成了消息KRB_AP_REP。客户方保留有最近若干分钟内所有接收到的时间标记或者序列号的最大值，来防止重放攻击。三、系统软件安装虚拟机指通过软件模拟

15、的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。虚拟机支持多系统安装和多系统运行，并且支持所有系统的安装和多网卡扩展，能节省网卡扩展成本，虚拟系统不会降低电脑的性能，启动虚拟系统不需要像启动windows系统那样耗费时间，运行程序更加方便快捷。和更方便的操作。3.1 虚拟机的安装 从VMware 官网下载VMware Workstation 10的安装包，双击下载的安装包，根据提示将VMware虚拟机软件安装到计算机。3.2 服务器端的安装打开VMware Workstation 10，点击左上角的文件->新建->虚拟机后新建立一个虚拟机系统，选择典型

16、(推荐) ->点击下一步选择安装盘映像文件，点击浏览->选择ISO文件->点击下一步输入win2003密钥->点击下一步设置硬件参数，添加硬盘和两个网卡（将网络适配器2设置为VMnet1）完成打开虚拟机->等待系统自动安装完成3.3 客户端的安装参考服务器端配置完成虚拟机安装，配置一块网卡设置到VMnet1。四、实验环境设计上面基于虚拟机的Kerberos实验环境的搭建，下面是Kerberos实例建设。4.1 软硬件配置服务器端：Windows Server 2003系统，配置两块网卡，其中一块配置到VMnet1 。客户端：Windows XP系统平台。配置一块到

17、VMnet1，和服务器在同一网络内。电脑：关闭VMware DHCP Service。安装Wireshark，设置扫描网卡为VMware Network Adapter VMnet1，然后开启扫描。4.2 实现步骤实现步骤为：1、在Windows Server 2003上配置域服务器。2、在Windows XP上登录域。4.3 Windows Server 2003配置域服务器1搭建域环境，创建一个域账号单击“开始管理工具配置您的服务器向导，启动配置服务器向导；点击“下一步”，出现“配置选项”窗口，选中“第一台服务器的典型配置”,继续下一步；在出现的服务角色窗口，选择“域控制器Active D

18、irectory ”单击“下一步”出现Active Directory 安装向导；选择“新域的域控制器”（默认），然后单击“下一步”；键入域名 “acer.local”，然后单击“下一步”接受将“ACER”作为默认“域 NetBIOS 名”根据提示下一步到安装完成。2管理Active Directory 用户与计算机添加用户添加域内用户：“开始管理您的服务器管理Active Directory 用户与计算机User新建用户”，接着设定登陆名与登陆密码；3设置Kerberos 策略“开始管理工具-域安全策略安全设置帐户设置Kerberos 策略”，双击某个策略，进行修改，用系统默认数值即可；4.

19、4 Windows XP上登录域1“我的电脑属性计算机名”，点击“更改”，键入易识别的名字，并选中加入到域，键入上面所建立的域名2.注销重启，登录所在域五、实验结果分析5.1 Wireshark捕获的数据包5.2 AS-REQ5.2.1包内数据KRB5334AS-REQ0000 00 0c 29 bf 8f c6 00 50 56 38 b6 12 08 00 45 00 .).PV8.E.0010 01 40 00 8d 00 00 40 11 f7 c4 c0 a8 00 0a c0 a8 .0020 00 01 04 1e 00 58 01 2c 4a d7 6a 82 01 20 30

20、 82 .X.,J.j. 0.0030 01 1c a1 03 02 01 05 a2 03 02 01 0a a3 63 30 61 .c0a0040 30 4c a1 03 02 01 02 a2 45 04 43 30 41 a0 03 02 0L.E.C0A.0050 01 17 a1 03 02 01 08 a2 35 04 33 8c d8 62 e9 12 .5.3.b.0060 f5 b3 74 7c 9a 15 0f 27 79 fd 73 e7 50 a0 7d f1 .t|.'.0070 e3 30 cc f7 8a ce 32 dc f4 66 10 1a 9b

21、 bd c2 41 .0.2.f.A0080 0a b0 2a f8 10 ca 6a 80 75 fd d3 67 97 30 30 11 .*.j.u.g.00.0090 a1 04 02 02 00 80 a2 09 04 07 30 05 a0 03 01 01 .0.00a0 ff a4 81 aa 30 81 a7 a0 07 03 05 00 40 81 00 10 .0.00b0 a1 11 30 0f a0 03 02 01 01 a1 08 30 06 1b 04 78 .0.0.x00c0 70 2d 31 a2 06 1b 04 41 43 45 52 a3 19 30

22、 17 a0 p-1.ACER.0.00d0 03 02 01 02 a1 10 30 0e 1b 06 6b 72 62 74 67 74 .0.krbtgt00e0 1b 04 41 43 45 52 a5 11 18 0f 32 30 33 37 30 39 .ACER.20370900f0 31 33 30 32 34 38 30 35 5a a6 11 18 0f 32 30 33 13024805Z.2030100 37 30 39 31 33 30 32 34 38 30 35 5a a7 06 02 04 70913024805Z.0110 3a 56 78 5a a8 19

23、30 17 02 01 17 02 02 ff 7b 02 :VxZ.0.0120 01 80 02 01 03 02 01 01 02 01 18 02 02 ff 79 a9 .y.0130 1d 30 1b 30 19 a0 03 02 01 14 a1 12 04 10 58 50 .0.0.XP0140 2d 31 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 -1 5.2.2截图报文分析00 0c 29 bf 8f c6信宿MAC地址00 50 56 38 b6 12信源MAC地址08 00协议类型45IP协议版本（4），首部长度（4x5=20）00TOS

24、服务类型01 40总长度32000 8d标识（141）00 00标志（0）片偏移（0）40TTL（64）11上层协议类型（UDP 17）f7 c4校验和c0 a8 00 0a信源IP（）c0 a8 00 01信宿IP（）04 1e源端口（1054）00 58目的端口（88）01 2c数据报长度（300）4a d7校验和6a 82 01 20 30 82 01 1c a1 03 02 0105Pvno协议版本（5）a2 03 02 010aMsg-type 消息类型（AS-REQ 10）a3 63 30 6130 4c a1 03 02 01 02 a2 45 04 43 30 41 a0 03

25、 02 01 17 a1 03 02 01 08 a2 35 04 33 8c d8 62 e9 12 f5 b3 74 7c 9a 15 0f 27 79 fd 73 e7 50 a0 7d f1 e3 30 cc f7 8a ce 32 dc f4 66 10 1a 9b bd c2 41 0a b0 2a f8 10 ca 6a 80 75 fd d3 67 97 30 30 11 a1 04 02 02 00 80 a2 09 04 07 30 05 a0 03 01 01 ffPadata 预认证数据a4 81 aa30 81 a7 a0 07 03 0500填充40 81 00 1

26、0Kdc选项（forwarable，renewable，canonicalize，renewable ok）a1 1130 0f a0 03 02 01 01 a1 08 30 06 1b 04 78 70 2d 31客户端实体名（xp-1）a2 06 1b 0441 43 45 52服务器域（ACER）a3 1930 17 a0 03 02 01 02 a1 10 30 0e 1b 06 6b 72 62 74 67 74 1b 04 41 43 45 52服务器名（krbtgt/ACER）a5 11 18 0f32 30 33 37 30 39 31 33 30 32 34 38 30 3

27、5 5a终止时间（2037-09-13 02:48:05 UTC）a6 11 18 0f32 30 33 37 30 39 31 33 30 32 34 38 30 35 5a更新终止时间（2037-09-13 02:48:05 UTC）a7 06 02 043a 56 78 5a随机数（978745434）a8 19 30 1702 01 17 02 02 ff 7b 02 01 80 02 01 03 02 01 01 02 01 18 02 02 ff 79加密类型a9 1d 30 1b 30 19 a0 03 02 01 14 a1 12 04 10 58 50 2d 31 20 20

28、 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20主机地址（xp-1<20>）5.3 AS-REP5.3.1包内数据KRB51295AS-REP0000 00 50 56 38 b6 12 00 0c 29 bf 8f c6 08 00 45 00 .PV8.).E.0010 05 01 5c 59 00 00 80 11 58 37 c0 a8 00 01 c0 a8 .Y.X7.0020 00 0a 00 58 04 1e 04 ed 5b c5 6b 82 04 e1 30 82 .X.k.0.0030 04 dd a0 03 02 01 05 a1 03 02 0

29、1 0b a3 0c 1b 0a .0040 41 43 45 52 2e 4c 4f 43 41 4c a4 11 30 0f a0 03 ACER.LOCAL.0.0050 02 01 01 a1 08 30 06 1b 04 78 70 2d 31 a5 82 03 .0.xp-1.0060 7d 61 82 03 79 30 82 03 75 a0 03 02 01 05 a1 0c a.y0.u.0070 1b 0a 41 43 45 52 2e 4c 4f 43 41 4c a2 1f 30 1d .ACER.LOCAL.0.0080 a0 03 02 01 02 a1 16 30

30、 14 1b 06 6b 72 62 74 67 .0.krbtg0090 74 1b 0a 41 43 45 52 2e 4c 4f 43 41 4c a3 82 03 t.ACER.LOCAL.00a0 3d 30 82 03 39 a0 03 02 01 17 a1 03 02 01 02 a2 =0.9.00b0 82 03 2b 04 82 03 27 f2 04 d3 0a f2 82 38 5b 87 .+.'.8.00c0 99 28 7a 1e 00 86 5e 15 fe 02 2e 1e 55 c6 31 76 .(z.U.1v00d0 41 c1 4d 36 3

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