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从事Radius协议开发有段时间了,小弟不怕才疏学浅,卖弄一下,从RADIUS协议谈谈对身份认证的认识,也总结一下自己。
一.RADIUS协议原理
RADIUS(Remote Authentication Dial In User Service) 用户远程拨入认证服务,它主要针对的远程登录类型有:SLIP、PPP、telnet和rlogin等。RADIUS协议应用范围很广,包括普通电话、上网业务计费,对VPN的支持可以使不同的拨入服务器的用户具有不同权限。
RADIUS典型应用环境如下:
RADIUS数据包分为5个部分:
(1) Code:1个字节,用于区分RADIUS包的类型:常用类型有:
接入请求(Access-Request),Code=1;接入允许(Access-Accept),Code=2;接入拒绝(Access-Reject),Code=3;计费请求(Accounting-Request),Code=4等。
(2)Identifier:一个字节,用于请求和应答包的匹配。
(3)Length:两个字节,表示RADIUS数据区(包括Code, Identifier, Length, Authenticator, Attributes)的长度,单位是字节,最小为20,最大为4096。
(4)Authenticator:16个字节,用于验证服务器端的应答,另外还用于用户口令的加密。RADIUS服务器和NAS的共享密钥(Shared Secret)与请求认证码(Request Authenticator)和应答认证码(Response Authenticator),共同支持发、收报文的完整性和认证。另外,用户密码不能在NAS和RADIUS 服务器之间用明文传输,而一般使用共享密钥(Shared Secret)和认证码(Authenticator)通过MD5加密算法进行加密隐藏。
(5)Attributes:不定长度,最小可为0个字节,描述RADIUS协议的属性,如用户名、口令、IP地址等信息都是存放在本数据段。
各个属性的详细编码信息,以及数据格式,限于篇幅,这里不作具体介绍,感兴趣的,可以参看RFC文档,或与我交流。
二.RADIUS协议实现
目前,开源软件包freeRadius , tinyRadius,可以下载到其实现的源码。freeRadius是目前功能最强大的开源RADIUS 服务器软件,采用C语言实现,采用了多进程,进程池的处理方法,拥有很好的吞吐处理能力,同时,提供了连接各种数据库的应用接口,方便用户根据自己的需要进行适当的扩展。值得一提的是,它采用模块化处理,用户可以定做适合自己的认证计费处理模块。
freeRadius的功能强大,也造成了它模块的庞大,不易维护,对安装环境有一些要求。tinyRadius采用Java开发,短小精悍,能接收各种标准协议中的数据包,可以快速的完成对RADIUS数据包的封装与解包,我们可以自己的需要进行某些处理,具有很大的自由度,唯一的缺陷是单线程,没有数据库接口。
三.RADIUS协议对安全的考虑
RADIUS采用UDP协议基于以下几点原因:
1. NAS和RADIUS服务器大多在同一个局域网中,使用UDP更加快捷方便。
2. 简化了服务端的实现。
事实证明,采用UDP协议可行,RADIUS有自己的机制,来解决UDP丢包特点。
如果NAS向某个RADIUS服务器提交请求没有收到返回信息,那么可以要求备份RADIUS服务器重传。由于有多个备份RADIUS服务器,因此NAS进行重传的时候,可以采用轮询的方法。如果备份RADIUS服务器的密钥和以前RADIUS服务器的密钥不同,则需要重新进行认证。
下面重点从RADIUS协议来谈下它在身份认证中如何确保安全认证的。
1. Authenticator:鉴别码,分为请求鉴别码,回应鉴别码。
在“Access-Request”数据包中,Authenticator是一个16字节的随机数,称为“Request Authenticator”。 在机密的整个生存周期中(如RADIUAS服务器和客户端共享的机密),这个值应该是不可预测的,并且是唯一的,因为具有相同密码的重复请求值,使黑客有机会用已截取的响应回复用户。因为同一机密可以被用在不同地理区域中的服务器的验证中,所以请求认证域应该具有全球和临时唯一性。
为防止数据包中数据被截获被篡改,回应鉴别码采用如下方式生成:
ResponseAuth = MD5(Code+ID+Length+RequestAuth+ Attributes+Secret);
回应鉴别码是对整个数据包进行MD5演算产生的16字节索引,防止伪造服务器的回应。
2.加密方式。PAP,CAHP,EAP以及Unix登录认证三种加密认证方式。最常用的是前两种,下面介绍下:
PAP加密,采用此加密方法时,密码存放在User-Password属性中。
User-Password加密方法:
1.在密码的末尾用nulls代替填补形成多个十六个字节的二进制数;
2.把密码按16个字节为一组划分为p1、p2等等;
b1=MD5(Secret + Authenticator) c(1) = p1 异或 b1
b2 = MD5(S + c(1)) c(2) = p2 异或b2
.
.
.
bi = MD5(S + c(i-1)) c (i) = pi 异或 bi
c(1)+c(2)+...+c (i)
在接收时,这个过程被反过来,由于采用异或方式贯穿在每16个字节之间,同样的算法再异或一次,然后配合MD5演算,从而生成原始的密码,尽管这种加密方式是可逆的,黑客截获到密文后,能通过一定的手段来破解出密码,但如果共享密钥未知的情况下,很难破解,也就只能采用蛮力破解方法。使用共享密钥应采用合适的长度,来防止破解,不应过短。
PAP加密方法使密码以密文的方式在网络中进行传输,使黑客仍有有机可乘的机会,但CHAP加密方法阻止了密码的传输。
CHAP加密,采用此加密方法时,密码存放在Chap-Password属性中。
这种加密方法的原则是不是密码在网络中进行传输,而只是传输一个索引值,从而增加了安全性,但这样做的代价是,RADIUS服务端必须要知道用户的密码,从而再现密码索引值来和发来的认证请求中的密码索引值比对。
Chap-Password加密方法:
Md5(chapId+password+chapChallenge);
chapId :可以是随机产生的一字节码;
chapChallenge :NAS生成一个随机挑战字(16个字节比较合适)
该字段有时缺失,读取Authenticator域作为挑战字。
3.共享密钥(Secret):共享密钥在密码加密以及数据包的鉴别码部分都参与了运算,即使RADIUS数据包被截获,但不知道共享密钥,很难破解用户的密码伪造数据。共享密钥应采用合适的长度,不应过短,宽大密码范围能有效提供对穷举搜寻攻击的防卫,随着密钥长度的增加,其破解花费的时间将大大增加。
4.为防止非法用户的重放攻击,造成服务器瘫痪。如果在一个很短的时间片段里,一个请求有相同的客户源IP地址、源UDP端口号和标识符,RADIUS服务器会认为这是上一个重复的请求,将直接丢弃,不做任何处理。
四.总结
Radius协议本身比较易掌握,在应用中,可以结合其自身的密码方式,实现满足企业需要的更高强度的强认证,比如结合各种令牌卡,手机短信等等。对协议进行开发,离不开各种抓包工具,像sniffer,tcpdump,ethereal等抓包工具的使用。
外部用户要访问某局域网络中计算机设备,其访问方式有多种,比如采用VPN拨号,Telnet等等。如用户Telnet登陆时,产生用户名和密码信息,而NAS服务器AAA配置中指定了采用RADIUS作为认证服务器,则将其封装成RADIUS请求数据包发送到RADIUS服务器进行身份认证,RADIUS服务器通过NAS和用户进行交流,以提示用户认证通过与否,以及是否需要Challenge身份认证。
其工作原理为:用户接入NAS (Net Access Server),NAS一般为路由器等设备,NAS向RADIUS服务器使用Access-Request数据包提交用户信息,包括用户名、密码等相关信息,其中用户密码是经过MD5加密的,双方使用共享密钥,这个密钥不经过网络传播;RADIUS服务器对用户名和密码的合法性进行检验,必要时可以提出一个Challenge,要求进一步对用户认证,也可以对NAS进行类似的认证;如果合法,给NAS返回Access-Accept数据包,允许用户进行下一步工作,否则返回Access-Reject数据包,拒绝用户访问;如果允许访问,NAS向RADIUS服务器提出计费请求Account-Require,RADIUS服务器响应Account-Accept,对用户的计费开始,同时用户可以进行自己的相关操作。
RADIUS还支持代理和漫游功能。简单地说,代理就是一台服务器,可以作为其他RADIUS服务器的代理,负责转发RADIUS认证和计费数据包。所谓漫游功能,就是代理的一个具体实现,这样可以让用户通过本来和其无关的RADIUS服务器进行认证。
RADIUS能够实现其功能依赖于它自身的数据包结构。RADIUS采用的是UDP传输协议,认证和计费监听端口一般分别为:1812,1813。
以太网上的RADIUS封装后的包结构如下:
以太帧头 |
IP包头 |
UDP包头 |
RADIUS数据包 |
以太网FCS |
在这里我们关心的是红色RADIUS数据包部分。
RADIUS数据包的格式如下: