NTLM身份鑒別機制及在 T0Net系統(tǒng)中的應(yīng)用

桂兵祥

(武漢工業(yè)學(xué)院計算機與信息工程系,湖北武漢 430023)

NTLM是一個身份鑒別協(xié)議[1],由 NTLMSSP(NTLM Security Support Provider)支持,主要應(yīng)用于不同的微軟網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)中。其早期應(yīng)用于 DCE/RPC的安全鑒別與協(xié)商,其還作為一個單一簽名機制整合于無處不在的微軟系統(tǒng)中。其使用了基于挑戰(zhàn) -響應(yīng)機制的鑒別方法,該機制中,客戶端能在不發(fā)送用戶密碼給服務(wù)器的情況下就能實現(xiàn)用戶的身份鑒別,其通常由協(xié)商 (negotiation)、挑戰(zhàn) (challenge)和鑒別 (authentication)三類消息組成。

1 NTLM身份鑒別機制基本原理

NTLM是一個身份鑒別機制,其基本原理如圖1所示。

第一步：客戶端首先創(chuàng)建并發(fā)送第一類消息(協(xié)商 negotiation)給服務(wù)器,該消息中主要包含服務(wù)器端所要求的客戶端的特征列表。

第二步：服務(wù)器接收并分析該消息,然后創(chuàng)建第二類消息 (挑戰(zhàn) challenge)并發(fā)往客戶端,以此與客戶端建立協(xié)商,并對之提出挑戰(zhàn),其可能隨意性地包含鑒別對象特征列表中的一些信息。

第三步：客戶端創(chuàng)建第三類消息 (鑒別 authentication)對第二類挑戰(zhàn)消息做出響應(yīng),以實現(xiàn)鑒別功能,該消息不用直接發(fā)送密碼也能顯示出客戶端特定的身份信息。

圖1 挑戰(zhàn)響應(yīng)機制原理示意圖

對于服務(wù)器發(fā)來的挑戰(zhàn),客戶端可以創(chuàng)建一個或多個響應(yīng)消息,這些響應(yīng)消息共分以下五類：①LM(LAN Manager)響應(yīng)——大多數(shù)客戶端發(fā)出此類響應(yīng),其也是最原始的響應(yīng)類型;②NTLM響應(yīng)——此類響應(yīng)主要由基于 NT構(gòu)架的客戶端發(fā)出,包括 Windows 2000和 XP;③NTLMv2響應(yīng)——這是一個新的響應(yīng)類型,Windows NT Service Pack 4對此有所介紹。在激活的 NTLM version 2系統(tǒng)中,其代替了 NTLM響應(yīng);④LMv2響應(yīng)——在 NTLM version 2系統(tǒng)中,其是 LM響應(yīng)的替代者;⑤NTLM2會話響應(yīng)—其用于無 NTLMv2鑒別情況下的 NTLM2會話安全協(xié)商過程中,此策略對 LM響應(yīng)和NTLM響應(yīng)的語義有所改變。

大多數(shù)客戶端發(fā)出的是 LM響應(yīng)類,這一策略早于 NTLM響應(yīng),安全性不如 NTLM,當(dāng)新一代的客戶端支持 NTLM時,其往往將此兩類響應(yīng)一并發(fā)送,以實現(xiàn)與不同合法的服務(wù)器間的兼容性,因此,在很多LM響應(yīng)類型客戶端、盡管其支持 NTLM響應(yīng),但安全缺陷依然存在。而NTLM響應(yīng)是由新一代客戶端發(fā)出,這一策略在安全性方面較 LM響應(yīng)有很大的改進。

2 應(yīng)用于Window系統(tǒng)的 NTLM實用技術(shù)—NTLMSSP和 SSPI

Windows系統(tǒng)提供了一個用戶身份鑒別框架,就是著名的 SSPI(the Security Support Provider Interface),類似于微軟的 GSS-API(Generic Security Service Application Program Interface),它提供了應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上層、具有獨立機制的身份鑒別方式。SSPI支持幾個潛在的服務(wù)供應(yīng)商,NTLMSSP(NTLM Security Support Provider)就是其中之一,它提供了NTLM鑒別機制,上面已有所提及。

SSPI提供了十分靈活的 API,用于處理非透明的、特殊提供者的鑒別令牌,前面提到的 NTLM的各類消息就是這樣的令牌,其細節(jié)由 NTLMSSP處理。SSPI提供的 API對 NTLM的所有細節(jié)進行了精簡,應(yīng)用開發(fā)人員甚至不需要意識到正在應(yīng)用 NTLM。這里僅簡要地描述應(yīng)用于 NTLM中的 SSPI鑒別握手過程 (如圖2所示)。

圖2 NTLM中的 SSPI鑒別握手過程

(1)客戶端通過 SSPI的 Acquire Credentials Handle函數(shù)獲得為用戶設(shè)置的信用描述信息,然后調(diào)用SSPI的 Initialize Security Context函數(shù)以獲得一個鑒別請求令牌,如前述中的第一類消息。最后發(fā)送此令牌給服務(wù)器端,Initialize Security Context函數(shù)返回值指明鑒別過程將要求多步操作才能完成。

(2)服務(wù)器端接收從客戶端發(fā)來的令牌,以此作為輸入,調(diào)用 SSPI的 Accept Security Context函數(shù),由此在服務(wù)器端創(chuàng)建了本地安全上下文,描述客戶端。然后產(chǎn)生一個鑒別響應(yīng)令牌,如前述中的第二類消息,發(fā)往客戶端。Accept Security Context函數(shù)的返回值指明有必要進一步從客戶端獲取信息,以完成鑒別過程。

(3)客戶端接收由服務(wù)器端發(fā)來的響應(yīng)令牌,以此做為輸入,再次調(diào)用 Initialize Security Context函數(shù),產(chǎn)生另一個鑒別請求令牌,如前述中的第三類消息,其返回值指明安全上下文已被成功地初始化,然后將此鑒別請求令牌發(fā)往服務(wù)器端。

(4)服務(wù)器端接收由客戶端發(fā)來的令牌,以此作為輸入,再次調(diào)用 Accept Security Context函數(shù),其返回值指明上下文已被成功地接收,不再產(chǎn)生新的令牌,鑒別過程到此完成了。

3 NTLM身份鑒別機制在 T0Net系統(tǒng)實際開發(fā)中的應(yīng)用

3.1 T0Net系統(tǒng)概述

T0Net系統(tǒng)主要功能是為不同的局域網(wǎng)之間的通信提供安全、透明的通訊平臺。目前,局域網(wǎng)應(yīng)用已十分普遍,尤其是局域網(wǎng)內(nèi)的通信、遠程控制與交互式協(xié)作非常方便。但是,隨著經(jīng)濟的全球化,企業(yè)的地域界限早已被打破,集中式的辦公方式已為分布式的辦公方式所取代,這就要求在不同的局域網(wǎng)之間能進行安全、便捷的通信,然而,幾乎所有的局域網(wǎng)為了安全都裝有防火墻,這給局域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間 (通過 INTERNET)通信的便捷性、遠程控制與交互式協(xié)作造成很大的障礙[2]。T0Net網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能穿透防火墻、為企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與客戶之間建立起安全、便捷、交互式的通訊平臺,實現(xiàn)了應(yīng)用級的共享。

T0Net系統(tǒng)能將分布式的局域網(wǎng)通過 INTER-NET連接成一個大的虛擬局域網(wǎng),實現(xiàn)安全、透明的訪問。與任何系統(tǒng)一樣,用戶在登錄使用該服務(wù)之前,都有一個身份認證與鑒別過程。通常的方法是先為每個用戶建立一個用戶名和密碼,然后,用戶使用該用戶名和密碼登錄,服務(wù)器通過比較鑒別以確定該用戶是否合法。該方法中,用戶名和密碼無論是以明文還是加密傳輸,都不能提供足夠的安全性。而作為基于挑戰(zhàn) -響應(yīng)的新型用戶鑒別機制,NTLM技術(shù)在身份認證與鑒別方面,具有更高的安全性。在 T0Net系統(tǒng)就使用了這種機制。

3.2 NTLM在 T0Net系統(tǒng)中的應(yīng)用

根據(jù)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想[3]：首先創(chuàng)建了一個基類 class CXNTLMPdu;然后在此基礎(chǔ)上派生三個消息類：class CXNTLMNegotiationPdu;class CXNTLMChallengePdu class和CXNTLMAuthenticationP-du;最后,因為 NT LM各類消息是通過 http協(xié)議來傳輸?shù)?故還創(chuàng)建了一個類 class CXNTLMOverHttpMgr。具體NTLM類圖創(chuàng)建及繼承關(guān)系如圖3所示。

圖3 NTLM類圖及繼承關(guān)系示意圖

部分代碼框架如下。

基類 class CXNTLMPdu：

class CXNTLMPdu

{

………

public：

BOOL Encode (CXCharStr&strBase64Serialized);

static CXNTLMPdu＊ Decode(CXCharStr&str-Base64Serialized);

………

public：

static void NTLMS wap(void＊ pData,int size);

static void SerializeWStrTo(CXByteStream&os,CXWCharStr&wstr);

static void SerializeWStrFrom(LPBYTE lpBuf,WORD wByteLength,

CXWCharStr&wstr);

static void SerializeStrFrom (LPBYTE lpBuf,WORD wByteLength,

CXCharStr&str);

static void Serialize Blob From(LPBYTE lpBuf,WORD wByte Length,

CXBlob&blob);

………

};

三個派生消息類：

1)協(xié)商 (negotiation)-class CXNTLMNegotiationPdu;

classCXNTLMNegotiationPdu：publicCXNTLMPdu

{

………

public：

virtual int GetPduType(){return XNTLM_NEGOT IAT ION_PDU;}

virtual DWORD Get Serial Length();

virtual DWORD Serialize To(LPBYTE lp Buffer,DWORD dw Length);

virtual DWORD Serialize From(LPBYTE lp Buffer,DWORD dw Length);

………

};

2)挑戰(zhàn) (challenge)-class CXNTLMChallengeP-du;

class CXNTLMChallengePdu：public CXNTLMP-du

{

………

public：

virtual int GetPduType(){return XNTLM_CHALLENGE_PDU;}

virtualDWORD Get SerialLength();

virtual DWORD SerializeTo(LPBYTE lpBuffer,DWORD dw Length);

virtualDWORD SerializeFrom(LPBYTE lpBuffer,DWORD dw Length);

………

BYTE m_abChallenge[8];

BYTE m_abContext[8];

CXPtr Listm_aTarget Info List;

};

3)鑒別 (authentication)-class CXNTLM Authentication Pdu;

class CXNTLM Authentication Pdu：public CXNTLMPdu

{

………

public：

virtual int GetPduType(){return XNTLM_AUTHENTICAT ION_PDU;}

virtualDWORD GetSeria lLength();

virtual DWORD SerializeTo(LPBYTE lpBuffer,DWORD dwLength);

virtualDWORD SerializeFrom(LPBYTE lpBuffer,DWORD dwLength);

public：

//pChalenge points to 8-byte challenge from NTLM type-2 message

//pHash points to a 24-byte buffer

static BOOL GenerateLMHash(LPCSTR lpszPassword,

LPBYTE pChallenge,LPBYTE pHash);

static BOOL GenerateNTLMHash(LPCSTR lpsz-Pass word,

LPBYTE pChallenge,LPBYTE pHash);

static BOOL GenerateHash(LPBYTE ab3Keys,

LPBYTE pChallenge,LPBYTE pHash);

static void SetupDESKey(unsigned char＊ key_56,

des_key_schedule&ks);

public：

CXBlob&RefLMResponse(){returnm_blobLMResponse;}

CXBlob&RefNTLMResponse(){return m_blobNTLMResponse;}

………

CXBlob m_blobLMResponse;

CXBlob m_blobNTLMResponse;

………

};

最后,NTLM各類消息是通過 http協(xié)議來傳輸?shù)?故還創(chuàng)建了一個類 class CXNTLMOverHttpMgr;

class CXNTLMOverHttpMgr

{

public：

CXNTLMOverHttpMgr();

virtual～CXNTLMOverHttpMgr();

………

public：

void Initiate();

BOOL GetNTLM Http Request(CXCharStr&strRequest);

BOOL Process NTLMHttpResponse (LPCSTR lpszResponse);

void Reset();

public：

virtual void Get Authentication Info(

………

CXBlobm_blob Challenge;

CXCharStrm_str Target Name;

};

4 結(jié)束語

目前,C/S模式中,大多數(shù)客戶端發(fā)出的是 LM響應(yīng)類,這一策略早于 NTLM響應(yīng),安全性不如 NTLM,當(dāng)新一代的客戶端支持 NTLM時,其往往將此兩類響應(yīng)一并發(fā)送,以實現(xiàn)與不同的合法服務(wù)器間的兼容性,因此,在很多 LM響應(yīng)類型客戶端、盡管其支持NTLM響應(yīng),但安全缺陷依然存在。而NTLM響應(yīng)是由新一代客戶端發(fā)出,這一策略在安全性方面較LM響應(yīng)有大的改進。然而,眾所周知,網(wǎng)絡(luò)安全具有相對性,NT LM也并非無懈可擊,當(dāng) NTLM響應(yīng)連帶LM響應(yīng)一并發(fā)出時,此算法上的脆弱性還是可能被黑客所利用,以獲得NTLM響應(yīng)所用的相關(guān)密碼。盡管如此,NT LM身份認真與鑒別機制仍然具有較高的安全性,能滿足絕大多數(shù)用戶的的需求。T0Net系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用,取得了較好的實用效果。

[1] Eric Glass.The NTLM Authentication Protocol[EB/OL].[2009-12-15].http：//davenport.sourceforge.net/ntlm.html.

[2] 袁津生.計算機網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ) [M].北京：人民郵電出版社,2008.

[3] 張海潘.面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計 [M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.