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[原创]由浅入深理解Kerberos协议
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发表于: 2022-4-2 18:53
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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。
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。
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：
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：
以starr/admin@FOOBAR.COM这个kerberos主体为例，
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。
AS_REQ请求内容如下：
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：
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用自己的hash解密AP_REQ.T2后，至少要确认以下几件事：
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。
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）：
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。
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：
认证完成就到了TGS发放ST（Service/Silver Ticket，即白银票据）一步了:
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，
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。
域名：foobar.domain
域环境的搭建此处就省略了。看下win7上的环境：
Win2012：
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。
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。
客户端发出的tgs请求包：
客户端收到的tgs的响应包：
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：
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。
三种手法：PTH, 用户枚举，密码喷洒。
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。
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。
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：
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)。
在刚刚抓的AS-REQ数据包中，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。
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。
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。
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。
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：
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）。
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：
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。
Kerberos Protocol Extensions | Microsoft Docs
RFC 4120 - The Kerberos Network Authentication Service (V5) (ietf.org)
Pre-authentication Data | Microsoft Docs
浅析 Kerberos 认证过程以及黄金票据和白银票据 | K0rz3n's Blog
内网渗透测试：Kerberos 协议& Kerberos 认证原理 - FreeBuf网络安全行业门户
Kerberos: An Authentication Service for Computer Networks (isi.edu)
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)
Kerberos协议探索系列之委派篇 - FreeBuf网络安全行业门户
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
)
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
)
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
)
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
)
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
)
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
)
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
)
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
)
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
)
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
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