Kerberos基本原理、安装部署及用法

1. 概述

　　Kerberos是一种认证机制。

　　目的是，通过密钥系统为客户端/服务器应用程序提供强大的认证系统：保护服务器防止错误的用户使用，同时保护它的用户使用正确的服务器，即支持双向验证；Kerberos协议的整个认证过程实现不依赖于主机操作系统的认证，无需基于主机地址的信任，不要求网络上所有主机的物理安全，并假定网络上传送的数据包可以被任意地读取、修改和插入数据，简而言之，Kerberos通过传统的加密技术（共享密钥）实现了一种可信任的第三方认证服务。　

　　KDC（key distribution center）：是一个网络服务，提供ticket和临时会话密钥。

　　AS（Authentication Server）：认证服务器

　　TGS（Ticket Grantion Server）：许可证服务器

　　TGT：Ticket-grantion Ticket

　　realm name：包含KDC和许多客户端的Kerberos网络，类似于域，俗称为领域；也是principal的一个“容器”或者“命名空间”。相对应的，principal的命名规则是"what_name_you_like@realm"。在kerberos，大家都约定俗成用大写来命名realm，比如“EXAMPLE.COM”

　　password：某个用户的密码，对应于kerberos中的master_key。password可以存在一个keytab文件中。所以kerberos中需要使用密码的场景都可以用一个keytab作为输入。

　　credential：credential是“证明某个人确定是他自己/某一种行为的确可以发生”的凭据。在不同的使用场景下，credential的具体含义也略有不同：对于某个principal个体而言，他的credential就是他的password；在kerberos认证的环节中，credential就意味着各种各样的ticket。

　　authenticator：验证者，是服务器用于验证客户机用户主体的信息。验证者包含用户的主体名称、时间标记和其他数据。与票证不同，验证者只能使用一次，通常在请求访问服务时使用。

　　principal：认证的主体，，也说安全个体，简单来说就是“用户名”。

　　Ticket：一个记录，客户用它来向服务器证明自己的身份，包括服务的主体名称、用户的主体名称、用户主机的ip地址、时间标记、会话密钥、定义票证生命周期的时间戳。

　　keytab：keytab是包含principals和加密principal key的文件。keytab文件对于每个host是唯一的，因为key中包含hostname。keytab文件用于不需要人工交互和保存纯文本密码，实现到kerberos上验证一个主机上的principal。因为服务器上可以访问keytab文件即可以以principal的身份通过kerberos的认证，所以，keytab文件应该被妥善保存，应该只有少数的用户可以访问。

1.1. kerberos原理

　　为什么要有Kerberos这样一个中央认证机制？

　　有A，B，C三个服务器，分别提供不同的服务，user要访问ABC都需要输入用户名密码，但是ABC没必要都存一份user的密码，所以就衍生出一个中央服务器D来专门存储用户名密码；如果user通过了D的认证，那就是合法的身份，就可以使用ABC任何一个服务，所以user需要告诉ABC它通过了D的认证。

　　如何证明这个事情，以及信息在网络传输过程如何防止被截获篡改而假冒等等，解决这些问题就靠kerberos。

　　Kerberos协议的工作过程：Client从KDC获取TGT，Client利用获取的TGT向KDC请求其他Service的Ticket（通过获取的session进行访问）。

　　这个部分简单总结了kerberos协议的认证流程，如下：

　　② User向KDC中的AS请求身份验证，AS为user和TGS生成一个session key：SK_TGS，并发送{TGT，SK_TGS} K_USER；

　　　　其中，{TGT，SK_TGS}K_USER表示使用user的密码加密的packet，包含了TGT和用户与TGS的session key；这个请求验证的过程实际上是使用kinit来完成的，kinit将username传给AS，AS查找username的密码，将TGT和SK_TGS使用用户密码加密后发送给kinit，kinit要求用户输入密码，解密后得到TGT和SK；其中，TGT使用TGS的密码加密，信息内容为{user，address，tgs_name，start_time，lisftime，SK_TGS} K_TGS

　　④ User向KDC中的TGS请求访问某个Service的ST，发送[ TGT，Authenticator]；

　　　　其中，Authenticator用于验证发送该请求的user就是TGT中所声明的user，内容为：{ user,address,start_time,lifetime}；Authenticator使用的TGS和user之间的session key加密的，防止TGT被盗。TGS先使用自己的密码解开TGT获得它与user之间的session key，然后使用session key解密Authenticator，验证用户和有效期；

　　⑤ TGS判断无误后，为user和Service之间生成一个新的session key：SK_Service；然后发送给user一个包：[{ SK_Service } SK_TGS, ST]；

　　　　其中，ST是使用Service的密码加密的，SK_Service使用TGS和user之间的session key加密的；ST的内容为：{ user, address, start_time, lifetime, SK_Service } K_Service

　　⑥ User使用与TGS之间的会话密钥解开包得到与Service之间的会话密钥SK_Service，然后使用SK_Service生成一个Authenticator，向Service发送[ ST，Authenticator ];

　　　　其中，此处的Authenticator是使用user和service之间的会话密钥加密的，Service收到包后先使用自己的密码解密ST，或者会话密钥SK_Service，然后使用SK_Service解密Authenticator来验证发送请求的用户就是票中所声明的用户。

　　Service向用户发送一个包以证明自己的身份，这个包使用SK_Service加密。

　　此后user与Service之间使用SK_Service进行通信，且在TGT有效期内，user直接跳过第一步直接从第二步使用TGT想TGS证明自己的身份。

　　注意：user client会等待service server发送确认信息，如果不是正确的service server，就无法解开ST，也就无法获得会话密钥，从而避免用户使用错误的服务器。上述流程图也就是CAS的原理：用户访问某个应用程序，应用服务器接受请求后检查ST和TGT，如果都有则用户正常进行访问；如果没有或者不对（步骤1），转到CAS认证服务器的登录页面，通过安全认证后得到相应应用的TGT（步骤2-3）和该应用的ST（步骤4-5），再重定向到相关的应用服务器（步骤6），如果在会话周期内再定向到别的应用（步骤7），将出示TGT和该应用的ST（如果没有，就直接通过步骤4-5得到该应用的ST，步骤8）进行认证。

2. 安装部署

2.1. 安装规划

　　操作系统：Centos 7.4

　　操作用户：root

　　软件角色分布如下：

角色	部署节点
KDC,AS,TGS	192.168.1.150
Kerberos Agent	192.168.1.[151-153]

　　假设/etc/hosts文件如下：

192.168.1.150 cdh0
192.168.1.151 cdh1
192.168.1.152 cdh2
192.168.1.153 cdh3

2.2. 服务端安装kerberos

　　在192.168.1.150上安装服务端：

yum -y install krb5-server openldap-clients

　　在安装完上述的软件之后，会在KDC主机上生成配置文件/etc/krb5.conf和/var/kerberos/krb5kdc/kdc.conf。

2.2.1. 配置krb5.conf

　　/etc/krb5.conf：包含Kerberos的配置。例如，KDC的位置，Kerberos的admin realms等。需要所有使用的Kerberos的机器上的配置文件都同步。这里仅列举需要的基本配置。

　　请替换DOMAIN.COM为自定义域名：

[logging]
 default = FILE:/var/log/krb5libs.log
 kdc = FILE:/var/log/krb5kdc.log
 admin_server = FILE:/var/log/kadmind.log

[libdefaults]
 default_realm = EXAMPLE.COM
 dns_lookup_realm = false
 dns_lookup_kdc = false
 ticket_lifetime = 24h
 renew_lifetime = 7d
 forwardable = true
 rdns = false
 # default_ccache_name = KEYRING:persistent:%{uid}

[realms]
  EXAMPLE.COM = {
   kdc = cdh0
   admin_server = cdh0
  }

[domain_realm]
  .example.com = EXAMPLE.COM
  example.com = EXAMPLE.COM

　　说明：

[logging]：表示server端的日志的打印位置
[libdefaults]：每种连接的默认配置，需要注意以下几个关键的小配置
- default_realm = EXAMPLE.COM 默认的realm，必须跟要配置的realm的名称一致。
- udp_preference_limit = 1 禁止使用udp，可以防止一个Hadoop中的错误
- ticket_lifetime表明凭证生效的时限，一般为24小时
- renew_lifetime表明凭证最长可以被延期的时限，一般为一周。当凭证过期之后，对安全认证的服务的后续访问则会失败。　　
[realms]：列举使用的realm。
- kdc：代表kdc的位置，格式是：机器hostname或ip地址
- admin_server：代表admin的位置，格式是：机器hostname或ip地址
- default_domain：代表默认的域名
[appdefaults]：可以设定一些针对特定应用的配置，覆盖默认配置。

　　注：这里需要分发krb5.conf至所有client主机

2.2.2. 配置kdc.conf

　　默认放在/var/kerberos/krb5kdc/kdc.conf

[kdcdefaults]
 kdc_ports = 88
 kdc_tcp_ports = 88

[realms]
 EXAMPLE.COM = {
  #master_key_type = aes256-cts
  acl_file = /var/kerberos/krb5kdc/kadm5.acl
  dict_file = /usr/share/dict/words
  admin_keytab = /var/kerberos/krb5kdc/kadm5.keytab
  supported_enctypes = aes128-cts:normal des3-hmac-sha1:normal arcfour-hmac:normal camellia256-cts:normal camellia128-cts:normal des-hmac-sha1:normal des-cbc-md5:normal des-cbc-crc:normal
  max_life = 25h
  max_renewable_life = 8d
 }

说明：

EXAMPLE.COM：是设定的realms，名字随意。Kerberos可以支持多个realms，会增加复杂度。一般为大写。
max_renewable_life = 8d 涉及到是否能进行ticket的renew必须配置。
master_key_type：和supported_enctyps默认使用aes256-cts。由于，JAVA使用aes256-cts验证方式需要安装额外的jar包，推荐不使用。
acl_file：标注了admin的用户权限。文件格式是Kerberos_principal permissions [target_principal] [restrictions]支持通配符等。
admin_keytab：KDC进行校验的keytab。
supported_enctypes：支持的校验方式。注意把aes256-cts去掉。

2.2.3. 配置kadm5.acl

　　修改服务端192.168.1.150上的配置文件/var/kerberos/krb5kdc/kadm5.acl，以允许具备匹配条件的admin用户进行远程登录权限：

*/admin@EXAMPLE.COM	*

　　说明：

标注了admin的用户权限，需要用户自己创建。文件格式是Kerberos_principal permissions [target_principal] [restrictions]支持通配符等。最简单的写法是*/admin@EXAMPLE.COM * 代表名称匹配*/admin@EXAMPLE.COM都认为是admin，权限是*代表全部权限。

2.2.4. 创建Kerberos数据库

　　在192.168.1.150上对数据库进行初始化，默认的数据库路径为/var/kerberos/krb5kdc，如果需要重建数据库，将该目录下的principal相关的文件删除即可，请牢记数据库密码。

kdb5_util create -r EXAMPLE.COM -s

　　说明：

[-s] 表示生成stash file，并在其中存储master server key（krb5kdc）
[-r] 来指定一个realm name，当krb5.conf中定义了多个realm时使用
当Kerberos database创建好了之后，在/var/kerberos/中可以看到生成的principal相关文件

2.2.5. 启动Kerberos服务

　　在192.168.1.150上执行：

# 启动服务命令
systemctl start krb5kdc
systemctl start kadmin

# 加入开机启动项
systemctl enable krb5kdc
systemctl enable kadmin

2.2.6. 创建Kerberos管理员principal

# 需要设置两次密码
kadmin.local -q "addprinc root/admin"

　　pincipal的名字的第二部分是admin，那么根据之前配置的kadm5.acl文件，该principal就拥有administrative privileges，这个账号将会被CDH用来生成其他用户/服务的principal。

　　注意：需要先kinit保证已经有principal缓存。

[root@master ~]# kinit root/admin
Password for root/admin@EXAMPLE.COM: 
[root@master ~]# klist 
Ticket cache: KEYRING:persistent:0:0
Default principal: root/admin@EXAMPLE.COM

Valid starting       Expires              Service principal
07/14/2020 11:51:17  07/15/2020 11:51:16  krbtgt/EXAMPLE.COM@EXAMPLE.COM
    renew until 07/21/2020 11:51:16

　　Kerberos客户端支持两种，一是使用principal + Password，二是使用principal + keytab。前者适合用户进行交互式应用，例如hadoop fs -ls 这种，后者适合服务，例如yarn的rm、nm等。principal + keytab就类似于ssh免密码登录，登录时不需要密码了。

2.3. 客户端安装kerberos

　　在192.168.1.[150-153]上安装客户端：

yum -y install krb5-devel krb5-workstation

　　在安装完上述的软件之后，在kerberos客户端主机上生成配置文件/etc/krb5.conf。

　　把192.168.1.150服务端的/etc/krb5.conf文件拷贝到其他各节点客户端同路径/etc/krb5.conf中。

3. 用法

　　Kerberos常用命令：

操作	命令
启动kdc服务	systemctl start krb5kdc
启动kadmin服务	systemctl start kadmin
进入kadmin	kadmin.local / kadmin
创建数据库	kdb5_util create -r EXAMPLE.COM -s
修改当前密码	kpasswd
测试keytab可用性	kinit -k -t /home/xiaobai/xb.keytab xiaobai@EXAMPLE.COM
查看当前票据	klist
查看keytab	klist -e -k -t /home/xiaobai/xb.keytab
通过keytab文件认证登录	kinit -kt /home/xiaobai/xb.keytab xiaobai@EXAMPLE.COM
通过密码认证登录	kinit xiaobai@EXAMPLE.COM / kint xiaobai
清除缓存	kdestroy

　　kadmin模式下常用命令：

操作	命令
查看principal	listprincs
生成随机key的principal	addprinc -randkey root/admin@EXAMPLE.COM
生成指定key的principal	addprinc -pw xxx root/admin@EXAMPLE.COM
修改root/admin的密码	cpw -pw xxx root/admin
添加/删除principal	addprinc/delprinc root/admin
直接生成到keytab	ktadd -k /home/xiaobai/xb.keytab xiaobai@EXAMPLE.COM xst -norandkey -k /home/xiaobai/xb.keytab xiaobai@EXAMPLE.COM 注意：在生成keytab文件时需要加参数"-norandkey"，否则导致直接使用kinit xiaobai@EXAMPLE.COM初始化时提示密码错误。
设置密码策略(policy)	addpol -maxlife "90 days" -minlife "75 days" -minlength 8 -minclasses 3 -maxfailure 10 -history 10 user
修改密码策略	modpol -maxlife "90 days" -minlife "75 days" -minlength 8 -minclasses 3 -maxfailure 10 user
添加带有密码策略	addprinc -policy user hello/admin@EXAMPLE.COM
修改用户的密码策略	modprinc -policy user1 hello/admin@EXAMPLE.COM
删除密码策略	delpol [-force] user