Kerberos 是一種網路認證協定，旨在透過秘密金鑰加密（Secret Key Cryptography）技術，為使用者與伺服器提供強驗證（Strong Authentication）。它是微軟 Active Directory (AD) 的基礎，也是目前企業環境中最常見的單一登入（SSO）解決方案。

本文整理 Kerberos 的運作原理、在安全架構中的定位，以及相關的漏洞利用方式。


一、Kerberos 協定核心：三方互動架構

Kerberos 是一個基於「可信任第三方」的互動系統，其安全性依賴於以下三個核心元件的協作：

  1. 主體（Principal）： 發起請求的實體，包括使用者、工作站電腦或服務應用程式。

  2. 目的端伺服器（Endpoint Destination Server）： 提供應用程式或資訊資源的伺服器（如檔案伺服器、Web 伺服器）。

  3. 金鑰發佈中心（Key Distribution Center, KDC）： Kerberos 的核心信任中心，通常位於網域控制站（DC）。KDC 包含兩個功能模組：

    • 驗證伺服器（AS, Authentication Server）：負責驗證主體身分。
    • 票證授予伺服器（TGS, Ticket-Granting Server）：負責發放存取服務所需的票證。


二、驗證與票證交換流程

Kerberos 的運作邏輯類似於「換票機制」，主要分為三個階段：


圖片來源：Kerberos protocol for higher security | per sec


1. 初始驗證：取得 TGT

  • 流程：使用者向 KDC 的 AS 發送請求。AS 使用資料庫中儲存的主體秘密金鑰（通常為密碼雜湊值）進行驗證。
  • 結果：驗證通過後，AS 發放票證授予票證（TGT, Ticket-Granting Ticket）。
    技術說明：TGT 使用 KDC 自身的金鑰加密，用戶端無法解密或偽造，僅作為「已通過身分驗證」的憑證。

2. 請求服務：取得 ST

  • 流程：當使用者需要存取特定資源時，將 TGT 提交給 TGS。

  • 結果：TGS 驗證 TGT 有效後，產生並發放服務票證（ST, Service Ticket）。

    技術說明：ST 使用「TGS 與目標伺服器共享的金鑰」加密，並包含雙方通訊所需的 Session Key。

3. 資源存取

  • 流程：使用者將 ST 提交給應用程式伺服器。
  • 結果：伺服器解密 ST，確認票證有效後，授予資源存取權。

4. 單一登入（SSO）機制

    使用者取得 TGT 後，在票證有效期內存取網域內其他服務時，僅需重複「請求 ST」的步驟，無需再次輸入密碼。


三、協定安全性與限制

Kerberos 的設計雖然嚴謹，但在實作與環境配置上仍有以下限制：

  • 依賴對稱加密：安全性基礎在於 KDC 與各參與者之間共享的秘密金鑰。
  • 時間同步要求嚴格：為防止重放攻擊（Replay Attack），票證包含時間戳記。若用戶端與伺服器的時間誤差過大（預設通常為 5 分鐘），驗證將失敗。這也意味著 NTP（網路校時協定）服務的穩定性至關重要。
  • 僅提供驗證，不強制傳輸加密：Kerberos 主要負責「身分驗證」。雖然它會協商 Session Key 供後續加密使用，但資料傳輸是否加密（Confidentiality），取決於應用程式層的實作或是否搭配 IPSec 等協定。


四、Kerberos 在身分管理中的定位

在企業 IT 架構中，Kerberos 扮演以下角色：

  • SSO 解決方案：解決使用者需記憶多組密碼的問題。
  • 身分儲存庫整合：與 LDAP/Active Directory 深度整合，作為身分驗證的標準協定。
  • AAA 功能實作：完整支援認證（Authentication）、授權（Authorization）與審計（Accounting）。


五、Kerberos 漏洞利用（Exploitation）分析

儘管 Kerberos 協定設計完善，但其集中化管理的特性與實作細節，使其成為攻擊者的高價值目標。目前的攻擊手法主要可分為架構風險、密碼破解、憑證竊取與票證偽造四大類。

1. 架構風險：KDC 單點故障

KDC 是整個 Kerberos 架構中的單點故障（Single Point of Failure, SPoF）所在。

  • 服務可用性：若 KDC 服務中斷，全網的驗證機制將停擺，導致使用者無法存取資源。
  • 全面淪陷風險：若 KDC 被入侵，攻擊者將取得全網資源的控制權。因此，KDC 需具備最高級別的實體隔離與邏輯防護。

2. 密碼猜測與破解攻擊

這類攻擊主要針對密碼強度不足或加密設定較弱的帳戶。

  • Kerberoasting 攻擊：這是一種針對服務帳戶的離線密碼猜測攻擊。

    • 原理：攻擊者向 KDC 請求綁定特定服務主體名稱（SPN）的服務票證（ST）。
    • 手法：由於 ST 是使用目標服務帳戶的密碼雜湊進行加密，攻擊者取得票證後，可將其導出並在離線環境下進行暴力破解。一旦破解成功，即可獲取該服務帳戶的明文密碼。

3. 票證竊取與重用攻擊

攻擊者不直接破解密碼，而是竊取現有的有效票證進行非法存取。

  • 重放攻擊（Replay Attack）：

    • 原理：若網路時間同步視窗設定不當或快取機制有漏洞，攻擊者可攔截網路上傳輸的 TGT 或 ST 並重複發送。
    • 影響：即便攻擊者不知道密碼，仍能在票證有效期內，利用截獲的票證欺騙伺服器以通過驗證。

  • 票證傳遞（Pass the Ticket, PtT）：

    • 原理：Windows 系統會將 Kerberos 票證暫存於記憶體中的 LSASS（Local Security Authority Subsystem Service）處理程序。
    • 手法：攻擊者透過工具（如 Mimikatz）從 LSASS 記憶體中竊取已驗證的 TGT 或 ST。
    • 影響：攻擊者可直接將這些票證注入自己的連線階段（Session），偽裝成合法使用者存取資源，完全繞過密碼驗證程序。

4. 票證偽造與權限維持

這是最高級別的攻擊，攻擊者透過竊取關鍵金鑰，自行「印製」票證以達到權限維持（Persistence）。

  • 銀票證（Silver Ticket）—— 偽造服務票證

    • 條件：攻擊者取得特定服務帳戶的密碼雜湊值。
    • 手法：攻擊者可繞過 KDC，自行簽發偽造的服務票證（ST）。
    • 影響：攻擊者擁有該服務在目標伺服器上的所有權限。由於不經過 KDC，此類攻擊較難被網域控制站的日誌偵測。

  • 黃金票證（Golden Ticket）—— 偽造票證授予票證
    • 條件：攻擊者取得 KDC 服務帳戶 krbtgt（Key Distribution Center Service Account） 的密碼雜湊值。
    • 手法：攻擊者可偽造任意使用者的票證授予票證（TGT）。
    • 影響：這相當於取得了整個網域的「萬能鑰匙」。攻擊者可將自己偽裝成網域管理員，設定極長的票證有效期（例如 10 年），且因 TGT 是由攻擊者自行簽發，即便使用者修改密碼也無法阻斷其存取權限。


結語

Kerberos 作為企業網路安全的基石，提供了高效且集中的驗證機制。然而，管理者必須理解其運作原理與潛在弱點（如票證竊取與權限維持攻擊），才能正確配置防護策略，確保身分驗證系統的完整性。