本帖最后由 Grav1ty 于 2022-4-30 00:16 编辑
由浅入深理解Kerberos协议
本文是很久之前做的笔记,今天有空又梳理了一下,分享出来。如果有错误或疏漏,欢迎留言指出。 Kerberos是一种基于票据的、集中式的网络认证协议,适用于C/S模型,由MIT开发和实现(http://web.mit.edu/kerberos/dist/)。 这里所谓的认证,就是保证使用票据(Ticket)的用户必须是票据中指定的用户。 简单回忆一下,密码学涉及机密性、完整性、认证性(实体认证+消息认证)、可用性、不可否认性。kerberos认证主要为了实现认证性中的实体认证。当然,每次交互发送的消息都会包含checksum,并被对称加密(也可以配置为非对称加密),保证了完整性和机密性。
1. Kerberos认证
Kerberos提供了单点登录(SSO,Single Sign-On)机制,对于每个会话只需向服务进行一次自我验证,即可自动保护该会话过程中所有后续事务的安全。 整个认证过程涉及3方(所以以三头犬命名~):客户端、KDC、服务端(或者说应用服务器AP,比如web服务器)。 密钥分发中心KDC (Key Distribution Center)是 Kerberos 的核心组件,默认安装在域控里,由两个服务组成:AS(Authentication Server),负责用户信息认证,给客户端提供TGT(Ticket Granting Tickets,即黄金票据);TGS(Ticket Granting Server),向客户端提供ST(Service Ticket,即白银票据)和Session Key(服务会话密钥)。
还有一个概念叫principal,代表一个用户唯一的身份,由三部分组成:primary,主名称; instance(可选),实例,有则说明是服务主体; realm,域。
以starr/admin@FOOBAR.COM这个kerberos主体为例,starr-->primary admin-->instance FOOBAR.COM-->realm 完整的认证流程,有客户端与AS, TGS, AP的3次交互,每次交互,响应包都会包含两条信息,一条可以用本地密钥解密,另一条需要转发。
1.1 认证流程v1.0
AS_REQ请求内容如下:- AS_REQ =
- principal_client // 我是谁
- + principal_server // AP id, 又叫SPN,service principal name,标识客户端要访问的服务
- + nonce // 随机数,用来匹配响应
- + Authenticator = encrypt( // 可译作[认证因子]
- key=hashUser, // 用户的NTLM hash,后续所提到作密钥的hash都是指NTLM hash
- TimeStamp // 加密的时间戳,防御重放攻击,一般5min有效期
- )
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这里省略了客户端主机名、加密类型、随机数(匹配请求和响应)等信息。
密钥所使用的NTLM Hash是Windows的一种基于MD4算法的散列加密算法,前身是LM Hash(LAN Manager Hash)。
AS收到请求后,会从活动目录查询此用户信息,之后返回的AS_REP响应内容如下:- AS_REP =
- T1 = encrypt( //客户端收到后可以解密
- key = hashUser, // 使用用户hash作为加密密钥
- content = principal_server // AP id
- + SessionKeyAP //用户与服务的会话密钥,即Service Session Key
- + nonce // 随机数
- )
- +T2 = encrypt(
- key = hashAP, // 用AP的hash作为密钥,转发给AP后可以解密
- content = principal_client // 客户端ID
- + SessionKeyAP // 同一个会话密钥也要转发给AP
- )
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每个域控都有一个 krbtgt账户,创建域控时自动生成。 之所以KDC能用客户端、服务端的密钥hash加密数据包,顾名思义,是因为密钥分发中心(KDC)有所有principal的密钥hash。AS收到请求后也会用用户的hash来解密认证因子获取时间戳,确认请求没有过期。 客户端收到AS的响应后,从AS_REP.T1解密出自己与服务的会话密钥,并转发AS_REP.T2给服务, 作为认证:- AP_REQ =
- T2 // 转发给AP解密
- + Authenticator = // 新的认证因子
- encrypt(
- key = SessionKeyAP, // 客户端从AS_REP.T1解密出来的会话密钥
- content = TimeStamp // AP用来判断是否过期,默认有效期也是5min
- + T2_checksum // 校验T2完整性
- )
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AP用自己的hash解密AP_REQ.T2后,至少要确认以下几件事:
(1)用T2.SessionKeyAP会话密钥解密AP_REQ.Authenticator;
(2)读取T2.principal_client,可以理解成KDC说“此人已在我这里认证通过”,需要验证发送方是否为此人;
(3)读取Authenticator.T2_checksum,检查T2是否被篡改;
(4)读取Authenticator.TimeStamp,检查是否过期。
到这里已经可以看出,AP不是通过与KDC交互来完成认证,而是通过解密客户端的请求来进行认证。
密码学的认证问题和现实生活中很多场景都非常相似,比如像质检这样的第三方权威机构,通过给货物贴上有类似“检验通过”字样的、高度防伪的标识,来发挥作用。
AP认证完成后,会发送enc(SessionKeyAP, TimeStamp)作为AP_REP通知客户端认证完成。这一步是可选的,双向认证时才会有。 那么v1.0现在存在的缺陷是什么呢?试想如果要访问几个服务,那么客户端就要多次访问AS来重复认证,频繁传输用户的密钥会增加被窃听的风险,既不合理也不安全。 如果使用长时间不变的值作密钥,比如这里的用户口令hash,那就可能在某一天被破解,是不安全的,使用临时密钥才是正解。
1.2 认证流程v2.0
v1.0 域控已经配备了AS,现在要加上TGS,构成完整的KDC。 可以理解成在景区买那种联票,用身份证在AS完成身份证明,有效期内去TGS取票口出示联票,就能取出景区门票(应该还算恰当吧~),这样就省去了多次认证。
注意AS和TGS都在域控服务器上,所以流程仍然涉及三方(下面的图没有体现出来):
AS_REQ相比v1.0, 把principal_server换成了tgs,即principal_tgs,也就是用来告诉AS,我要去找TGS服务取票。 当然AS_REP响应也有了变化(请看注释部分):- AS_REP =
- T1 = encrypt(
- key = hashUser,
- content = principal_tgs // tgs id,告知去哪领票
- + SessionKeyTGS // 用户与TGS的会话密钥,即Login Session Key
- + nonce
- + TGTExpirationTime // TGT默认有效期8小时
- )
- +TGT = encrypt( // 带着它去领票
- key = hashKrbtgt , // 密钥用krbtgt账户的hash,TGS可以解密
- content = SessionKeyTGS // 同一个会话密钥也要转发给TGS
- + principal_client
- + TGTExpirationTime
- + enc(key = hashKrbtgt, PAC) // pac被krbtgt_hash密钥加密了两次,v3.0再提它
- )
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客户端收到响应后,解密AS_REP.T1,并缓存Login Session Key和TGT(统称为凭证,credentials)。 这里我将T2改名为TGT,也就是黄金票据。 然后客户端向TGS发出请求。再次强调,每次交互,都会收到两条信息,一条(T1)可以用本地密钥解密,另一条(TGT)需要转发。- TGS_REQ =
- principal_client
- + principal_server // AP id,告知TGS我要访问哪个服务
- + TGT // 转发给TGS解密
- + nonce
- + Authenticator = // TGS解密TGT后再解密这个认证因子
- encrypt(
- key = SessionKeyTGS, // 客户端从T1解密出来的会话密钥
- content = TimeStamp // 验证TGT是否过期,防止重放
- + TGT_checksum // 验证TGT是否被篡改
- )
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这里之所以TGT能被TGS解密,是因为TGS和AS在同一服务器上,数据库中有Krbtgt用户的hash,即TGT的加密密钥。 TGS用hashKrbtgt解密TGT后,同样要确认以下几件事:
(1)用TGT.SessionKeyTGS解密Authenticator;
(2)读取TGT.principal_client,验证发送方是否为此人;
(3)读取Authenticator.TGT_checksum,检查TGT是否被篡改;
(4)读取Authenticator.TimeStamp,检查是否过期。
认证完成就到了TGS发放ST(Service/Silver Ticket,即白银票据)一步了:- TGS_REP =
- T3 = encrypt(
- key = SessionKeyTGS, // 客户端可以用login session key解密
- content = principal_server
- + SessionKeyAP // 客户端与AP的会话密钥, 即Service Session Key
- + nonce
- + STExpirationTime
- )
- + ST= encrypt( // 白银票据
- key = hashAP, // AP可以解密
- content = SessionKeyAP
- + principal_client
- + enc(key = hashKrbtgt, PAC) // 源于TGT
- + STExpirationTime
- )
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客户端再次收到两条信息,一条(T3)用收到AS_REP时缓存的SessionKeyTGS解密,于是得到了与AP的会话密钥,另一条(ST)转发给AP:- AP_REQ =
- ST // 转发白银票据, 由AP解密
- + Authenticator =
- encrypt(
- key = SessionKeyAP,
- content = principal_client
- + TimeStamp // 验证ST是否过期,防止重放
- + TGT_checksum // 验证ST是否被篡改
- )
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AP用自己的hash解密ST后,取出SessionKeyAP,验收发送方、checksum和时间戳(和TGS_REQ那一步一样)。认证通过后返给客户端AP_REP, 告知可以开始愉快地交流了。 1、2两步发生在用户首次登录时,3、4发生在请求访问新的服务时。1.3 认证流程v3.0(完整)
KDC(AS+TGS)的角色常常由DC担任, 现在上图把AS和TGS合并为DC,简单提一下AP和DC的交互。 到第5步,客户端已经证明自己是自己了,v1.0部分也提到,AP不是通过与KDC交互来完成认证,但AP为了确认凭客户端的身份,是否有权限访问服务,就需要向KDC确认。 再看一下ST的内容,里面有被krbtgt hash加密过的PAC(Privilege Attribute Certificate),即特权访问证书,包含了当前用户的SID,用户组,UNC路径等信息。它会作为token保留在客户端与AP的会话中,而AP就是把PAC信息发给KDC来确认的,而KDC会将确认结果通过RPC返回给AP。 有些服务并没有验证PAC这一步。2. 抓包
2.1 环境
域名:foobar.domain 域环境的搭建此处就省略了。看下win7上的环境:- C:\Users\foo>ipconfig /all
-
- Windows IP 配置
-
- 主机名 . . . . . . . . . . . . . : win7
- 主 DNS 后缀 . . . . . . . . . . . : foobar.domain
- 节点类型 . . . . . . . . . . . . : 混合
- IP 路由已启用 . . . . . . . . . . : 否
- WINS 代理已启用 . . . . . . . . . : 否
- DNS 后缀搜索列表 . . . . . . . . : foobar.domain
- localdomain
- ...
- 以太网适配器 本地连接:
- ...
- IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 192.168.1.2(首选)
- 子网掩码 . . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
- ...
- DNS 服务器 . . . . . . . . . . . : 192.168.1.1
- ...
- C:\Users\foo>whoami
- foobar\foo
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Win2012:
- C:\Windows\System32>ipconfig
-
- Windows IP 配置
-
- 以太网适配器 Ethernet0:
- ...
- IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 192.168.1.1
- 子网掩码 . . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
- ...
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在win2012上安装好wireshark,监听Ethernet0网卡。Win7登录foo用户(如已登录,注销即可),win2012那边就会抓到包,停止抓包,过滤条件填kerberos即可。 PS:真实数据包的结构与上面的伪代码有差异。
2.2 与AS的交互
先看AS请求:
再看下req-body:
然后看下响应,先看黄金票据:
其中,etype加密类型是根据请求包里支持的加密类型来选择的。 在ticket下面的enc-part就是用用户foo的hash加密的与TGS的会话密钥、随机数、有效期等信息。 而上面的padata,类型变成了pA-ETYPE-INFO2,在RFC4120里有详细描述:
When the AS server is to include pre-authentication data in a KRB-ERROR or in an AS-REP, it MUST use PA-ETYPE-INFO2, not PA-ETYPE-INFO. 没有细究,就不截图了。 另外可以记一下,在传输层,目标端口是88,就不截图了。
2.3 与TGS的交互
客户端发出的tgs请求包:
客户端收到的tgs的响应包:
2.4 与AP的交互
在wireshark列表里是看不见ap-req, ap-rep两个包的,因为这个交互过程集成在与服务的第一次请求中。为了查看ap-req, 不需要改变wireshark的过滤器,只需要在列表中找一个不是KRB5协议的数据包,里面就会有ap-req和ap-rep。 比如,DCERPC协议包中的目录访问服务:
响应:
这些服务,在前面的tgs-req包的sname字段中都是可以找到的。 对LDAP协议不太了解,不知道为什么DCERPC和LDAP两种包里都会有LDAP服务的请求和响应,如果有哪位 师傅知道,欢迎留言赐教。
其它的,还有SMB协议中的cifs服务请求与响应:
3. Kerberos一些攻击方式
很多攻击方式我本人其实还没有实践过,只是简单梳理一下。3.1 AS-REQ阶段
三种手法:PTH, 用户枚举,密码喷洒。PTH
首先是HASH传递攻击(Pass The Hash, PTH),捕获用户的密码hash来做身份验证,获取TGT,横向访问其它主机。 场景:内网渗透中要横向移动,但获取不到明文口令。域内用户枚举及密码喷洒
和web爆破原理类似,根据响应包返回码来判断是否爆破成功:
登录一个不存在的域用户:
登录密码错误:
当然域策略可以设置密码尝试次数,超过则锁定账户。 针对SPN,也可以枚举一下,看看目标域有哪些服务。
3.2 AS-REP阶段
黄金票据
针对黄金票据的攻击发生在这一阶段。 因为TGT黄金票据是由krbtgt用户的hash加密的,所以如果我们获取了这个hash,就可以用mimikatz伪造任意TGT。 总共需要以下信息:- 要伪造的域用户(名称、hash),一般是域管理员;
- 域名;
- 域的SID;
- krbtgt用户的hash。
黄金、白银票据主要为了维持权限,尤其是黄金票据,是后门的万能钥匙。 注意不是为了提权或者横移。因为如v3.0中AP与DC的交互部分所说,权限是目标账户本身、或者所在用户组决定的。
此类攻击方法被称为票据传递攻击(Pass the Ticket,PtT)。AS-REP Roasting
在刚刚抓的AS-REQ数据包(https://bbs.pediy.com/thread-272145.htm)中,可以看到padata(Pre-Authentication Data)预认证数据,里面包含的数据也可以称为authenticator,包括加密的时间戳,以及启动PAC请求。
其中PAC并不是kerberos本身支持的,而是微软的扩展,相关漏洞有2014年的MS14-068(CVE-2014-6324)域控提权漏洞(https://docs.microsoft.com/zh-cn/security-updates/Securitybulletins/2014/ms14-068)。 如果关闭某个用户的预认证后,AS-REQ.padata就不会有加密的时间戳了,而且即使输入密码错误,也能收到as-rep:
于是,就可以用Rubeus和hashcat工具进行离线爆破了。MS14-068提权漏洞
漏洞位于 kdcsvc.dll ,允许经过身份验证的用户在其获得的 TGT 中插入任意的 PAC。
3.3 TGS-REP阶段
Kerberoasting
域上的任何经过身份验证的用户,只要TGT没问题,就能够从TGS处根据SPN请求ST,然后进行暴力破解。 SPN格式:SERVICE/host.name。可以用Windows自带的SetSPN.exe查询SPN, 命令为setspn -Q */*。 之后,可以用mimikatz指定服务目标、导出ST,用tgsrepcrack破解,相关工具有很多。
白银票据
TGS生成的ST虽然只能访问特定的服务,但不依赖KDC,所以相比伪造黄金票据动静更小。 ST用AP的hash加密,如果获取了这个hash,就可以伪造ST,进而跳过KDC的认证,直接和AP通信。 总共需要以下信息:- 域用户名称、hash;
- 域名;
- 域的SID;
- 目标AP的服务名、ntlm hash等。
其实这也属于票据传递攻击。 需要注意,伪造的ST是不带kdc签名的,所以如果目标要验证签名(也就是V3.0所说的AP与KDC的交互),那就GG了。 也可以尝试碰撞一下AP的hash来破解ST,成功率较小(所以更别提破解TGT了)。3.4 委派
英文delegation。 假设用户A访问服务B,请求服务的资源C,但是服务B没有资源C,那么服务B就需要以用户A的身份去访问另外一台机器去获取资源C,再响应到用户A。 如果服务B的服务账户开启了非约束委派,那么当用户A访问服务B的时候,用户A的TGT会被发送给服务B,服务B就能够以用户A的身份去访问用户A能够访问的任意服务。 setspn工具可以设置服务账户。
如果我们已经拿到管理员的TGT(PTT),使用mimikatz导入后就可以实现对非约束委派的攻击。 Windows2003引入了约束委派,以及两个Kerberos扩展协议S4u2self和S4u2Proxy:S4U2self(service for user to self)使服务B可以代表用户A向KDC请求一个可转发的ST; S4U2proxy(service for user to proxy)使服务B可以通过可转发的ST代表用户A访问请求目标服务的ST,而不能访问其它服务。
这个过程共申请了两个ST。 Mimikatz的作者还提供了一个工具叫kekeo,它可以先发起一次AS-REQ请求tgt,再发起两次TGS-REQ请求两个ST,那么用mimikatz导入目标ST后就可以实现对约束委派的攻击。
4. 参考文章
Kerberos Protocol Extensions | Microsoft Docs(https://docs.microsoft.com/en-us/openspecs/windows_protocols/ms-kile/2a32282e-dd48-4ad9-a542-609804b02cc9) Kerberos协议探索系列(https://www.anquanke.com/post/id/171552) RFC 4120 - The Kerberos Network Authentication Service (V5) (ietf.org)(https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc4120/) Pre-authentication Data | Microsoft Docs(https://docs.microsoft.com/en-us/openspecs/windows_protocols/ms-kile/ae60c948-fda8-45c2-b1d1-a71b484dd1f7) 浅析 Kerberos 认证过程以及黄金票据和白银票据 | K0rz3n's Blog(https://bbs.pediy.com/thread-272145.htm) 一文搞定Kerberos - 知乎 (zhihu.com)(https://zhuanlan.zhihu.com/p/266491528) 内网渗透测试:Kerberos 协议& Kerberos 认证原理 - FreeBuf网络安全行业门户(https://www.freebuf.com/articles/network/273725.html) Kerberos: An Authentication Service for Computer Networks (isi.edu)(http://gost.isi.edu/publications/kerberos-neuman-tso.htm) Windows协议学习-Kerberos协议(上)_白帽子技术/思路_i春秋社区-分享你的技术,为安全加点温度. (ichunqiu.com)(https://bbs.ichunqiu.com/thread-61557-1-1.html) Kerberos从0到1 - 知乎 (zhihu.com)(https://zhuanlan.zhihu.com/p/420834577) Kerberos协议探索系列之委派篇 - FreeBuf网络安全行业门户(https://www.freebuf.com/articles/system/198381.html)
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