linux用户认证

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花了点时间研究了一下linux的密码认证机制，当系统启动出现login时，用户登录的过程是如何得到验证的。

 

首先linux系统里管理用户及密码的两个重要的文件，/etc/passwd, /etc/shadow。

 

/etc/passwd包含各个用户的信息，linux平台包含七个字段，各个字段间用冒号隔开，分别是：

用户名：密码：用户id：组id：用户描述：用户家目录：用户的登录shell

 

POSIX.1 定义了两个获取用户口令文件

 

#include <pwd.h>
struct passwd *getpwuid(uid_t uid); //通过inode中的uid映射为登录名，获取密码项

struct passwd *getpwnam(const char *name); //通过用户名获取密码项


struct passwd
{
     char *pw_name; //用户名

     char *pw_passwd; //用户密码

     uid_t pw_uid; //用户id

     uid_t pw_gid; //用户组id

     char *pw_gecos; //用户描述

     char *pw_dir; //用户家目录

     char *pw_shell; //用户登录shell

};

要查看整个口令文件，POSIX.1接口则不能满足要求，需使用下列接口
#include <pwd.h>
struct passwd *getpwent(); //返回口令记录的下一项

void setpwent(); //定位到开头，即从第一项开始读

void endpwent(); //读取结束，关闭

 

/etc/shadow包含用户的密码信息，在linux中包含九项内容，分别是：

用户登录名：加密口令：之后的几项用于控制口令改动频率及账户活动状态情况

Linux中提供了类似读取/etc/passwd的接口
 

#include <shadow.h>
struct spwd* getspnam(const char *name);
struct spwd* getspent();
void setspent();
void endspent();



struct spwd
{
      Char *sp_namp; //用户名

      Char *sp_pwdp; //密码

     ……..
}

 

/etc/passwd, /etc/shadow中的密码项到底是怎么回事？

早先linux密码放在/etc/passwd项，出于安全考虑，后将密码移到/etc/shadow,而在/etc/passwd第二项以x作为标记。而在/etc/shadow中大致有三种情形，密码项为*，！！，或一个字符串，分别表示禁止账户登录，密码未设置，及加密后的密码。

使用useradd添加一个新用户，就会发现该用户的的密码项为！！。

 

用户密码如何产生，/etc/passwd的字符串含义是？

      最初linux将用户的密码通过某种one-way function得到一个散列（加密）后的字符串，并存储该字符串在密码文件中，但这种方式易遭受字典攻击，攻击者只有准备好字典，使用相同的one-way function计算出对应的值，逐个对比就ok就可以攻破。

为了提高安全性，引入salt，所谓的salt，即为一个随机数，引入的时候为一个12-bit的数值，当用户设置密码时，会随机生成一个salt，与用户的密码一起加密，得到一个加密的字符串（salt以明文形式包含在该字符串中），存储到密码文件中，这样就将攻击的难度扩大了2¹²即4096倍。

 

crypt将用户的key和salt一起适应某种算法进行加密（散列）

  

#define _XOPEN_SOURCE
#inclue <stdlib.h>
char *crypt(const char *key, const char *salt);

 

crypt中可以使用多种加密（散列）机制，包括最初的DES，还有后来为提高安全性引入的md5，blowfish，sha-256，sha-512.

crypt为支持不同的方式，将salt进行格式化，格式为：

$id$salt$encoded （这也是保存在密码文件中的格式）

这里不同id代表不同的算法，不同算法salt的长度也不同。

 

Id	Method	实际加密后的密码长度
1	MD5（12个salt字符）	22
2a	Blowfish
5	SHA-256（12个salt字符）	43
6	SHA-512（12个salt字符）	86

 

而最初的DES方式的salt为2个字符（A-Za-z0-9/+）提供了64*64=4096种可能性。

然后将用户key与salt拼接成一个新的字符串，用这个字符串作为密钥对某个原始串（通常为全0）进行DES加密，得到11个字符，然后将这11个字符接到salt后面即为用户加密后的密码。

 

如何验证某个用户的密码？

1，  根据用户名调用getspnam获取对应的spwd项。

2，  根据不同salt（长度不同），从spwd->sp_pwdp中获取salt的值

3，  根据用户传递来的key和salt的值，调用crypt（key，salt）得到加密后的值encoded_str

4，  将encoded_str与spwd->sp_pwdp进行对比，如果相等，则通过验证。

 

我的系统中密码的格式为：

$6$MLjJx2Ga$Rf36llsl8zknJUI8RYg6.U6T8BfdAp5fCfL0cFQkMoj7ZC5egPK85OhR    JG9kki16TVmDcGh1BrQ20I3tZp35S0

前面的部分为salt，后面的部分为加密后的密码。

 

由$6$可以知道，crypt使用sha-512算法。 

#include <stdio.h>
#include <shadow.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define SALT_LEN 12

int main(int argc, char **argv)
{
    struct spwd *sp;
    char salt[SALT_LEN+1];

    sp = getspnam(argv[1]);
    if(sp == NULL)
    {
        printf("get spentry error\n");
        return -1;
    }

    strncpy(salt, sp->sp_pwdp, SALT_LEN);
    salt[SALT_LEN] = 0;

    if(strcmp(sp->sp_pwdp, (char*)crypt(argv[2], salt)) == 0)
        {
        printf("yes\n");
    }
    else
    {
        printf("no\n");
    }
    return 0;    
}

#gcc –o user user.c –lcrypt

#./user ydzhang a  //ydzhang的密码为a，输出为yes，需要有root权限

为什么SHA-512得到的结果是86个字符，不是512/8=64个字符吗？

因为ASCII码中有很多字符时不可打印字符，为了让加密过的密码看起来像普通的字符串，系统使用了一种叫base64的编码，将散列后的结果转化为可打印字符。

base64的基本思想，base64的字符集为A-Za-z0-9/+

base64将原始串每3个八位字节，先整理成4个6位形式（6位表示的范围0-63，与base64的集合大小一样），然后在每个6位前补两个0，得到4个8位的形式。

例如00111100 01010101 10101010—》000011111 00000101 00010110 00101010

如果原始串的字节数不能被3整除，base64推荐的方法是补0至能整除，后面的每6个0用一个“=”表示，但crypt不是这么做的。

以SHA-512为例，生成64字节的字符串，64除3余数为1，按照base64 =号补全的方法，应该得到长度为88的串，且以两个=号结束，而世界上长度为86字节。

个人猜测crypt的处理方式为：以余一个字节的情况为例，00110011 直接转化为00001100 00000011（前补0） 或者是 00001100 00110000（后补0），我看了root和ydzhang两个账户的末尾字符，分别是/ 和 0，所以在后面补0的可能性较大，而且处理也简单下，直接左移位即可。

另外每看过crpyt的代码，内部对salt和key的拼接方式，和base64的转化方式都不能确定，所以我直接通过拼接salt和key，并通过openssl的sha512工具验证没有成功。