安全认证原理和认证机制

功能

Kerberos这一名词来源于希腊神话“三个头的狗——地狱之门守护者”，后来沿用作为安全认证的概念，使用Kerberos的系统在设计上采用“客户端/服务器”结构与AES等加密技术，并且能够进行相互认证（即客户端和服务器端均可对对方进行身份认证）。可以用于防止窃听、防止replay攻击、保护数据完整性等场合，是一种应用对称密钥体制进行密钥管理的系统。

结构

Kerberos的原理架构如图1表1所示，各模块的说明如所示。

图1 原理架构

表1 模块说明

步骤原理说明：

应用客户端（Application Client）可以是集群内某个服务，也可以是客户二次开发的一个应用程序，应用程序可以向应用服务提交任务或者作业。

1. 应用程序在提交任务或者作业前，需要向Kerberos服务申请TGT（Ticket-Granting Ticket），用于建立和Kerberos服务器的安全会话。
2. Kerberos服务在收到TGT请求后，会解析其中的参数来生成对应的TGT，使用客户端指定的用户名的密钥进行加密响应消息。
3. 应用客户端收到TGT响应消息后，解析获取TGT，此时，再由应用客户端（通常是rpc底层）向Kerberos服务获取应用服务端的ST（Server Ticket）。
4. Kerberos服务在收到ST请求后，校验其中的TGT合法后，生成对应的应用服务的ST，再使用应用服务密钥将响应消息进行加密处理。
5. 应用客户端收到ST响应消息后，将ST打包到发给应用服务的消息里面传输给对应的应用服务端（Application Server）。
6. 应用服务端收到请求后，使用本端应用服务对应的密钥解析其中的ST，并校验成功后，本次请求合法通过。

基本概念

以下为常见的基本概念，可以帮助用户减少在学习Kerberos框架所花费的时间，有助于更好的理解Kerberos业务。

TGT

票据授权票据（Ticket-Granting Ticket），由Kerberos服务生成，提供给应用程序与Kerberos服务器建立认证安全会话，该票据的默认有效期为24小时，24小时后该票据自动过期。

TGT申请方式：

1. 通过HDFS提供的接口获取（具体接口信息可以参考HDFS二次开发指南）。

   private Boolean login(Configuration conf){
      boolean flag = false;
      UserGroupInformation.setConfiguration(conf);
        try {
           UserGroupInformation.loginUserFromKeytab(conf.get(PRINCIPAL),conf.get(KEYTAB));
           System.out.println("UserGroupInformation.isLoginKeytabBased():" +UserGroupInformation.isLoginKeytabBased());
      flag = true;
            } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
            }
      return flag;
            }
   

2. 通过客户端shell命令以kinit方式获取，具体使用方式可参考Shell操作维护命令说明书。

ST

服务票据（Server Ticket），由Kerberos服务生成，提供给应用程序与应用服务建立安全会话，该票据一次性有效。

ST的生成在FusionInsight产品中，基于hadoop-rpc通信，由rpc底层自动向Kerberos服务端提交请求，由Kerberos服务端生成。

认证代码实例讲解

private  void init() throws IOException { 

        Configuration conf = new Configuration(); 
        // conf file 
        conf.addResource(new Path(System.getProperty("user.dir") 
                + File.separator + "conf" + File.separator + "hdfs-site.xml")); 
        conf.addResource(new Path(System.getProperty("user.dir") 
                + File.separator + "conf" + File.separator + "core-site.xml")); 
        // security mode 
        if ("kerberos".equalsIgnoreCase(conf 
                .get("hadoop.security.authentication"))) { 

            // 注[1] 
            conf.set(PRINCIPAL, "[email protected]"); 
            // keytab file 
            conf.set(KEYTAB, System.getProperty("user.dir") + File.separator 
                    + "conf" + File.separator + "user.keytab"); 
            // kerberos path 
            String krbfilepath = System.getProperty("user.dir") 
                    + File.separator + "conf" + File.separator + "krb5.conf"; 
            System.setProperty("java.security.krb5.conf", krbfilepath); 
            login(conf); //注[2]
        } 
        // get filesystem 
        try { 
            fSystem = FileSystem.get(conf); //注[3]
        } catch (IOException e) { 
            throw new IOException("Get fileSystem failed."); 
        } 
    }
private Boolean login(Configuration conf){ 
    boolean flag = false; 
    UserGroupInformation.setConfiguration(conf); 

    try { 
      UserGroupInformation.loginUserFromKeytab(conf.get(PRINCIPAL), conf.get(KEYTAB)); 
      System.out.println("UserGroupInformation.isLoginKeytabBased(): " +UserGroupInformation.isLoginKeytabBased()); 
      flag = true; 
    } catch (IOException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
    return flag; 
  }

说明：

1. 代码片段为配置Kerberos认证所需要的文件参数，主要包含keytab路径，Kerberos认证的用户名称，Kerberos认证所需要的客户端配置krb5.conf文件。
2. 代码片段为调用hadoop的接口执行Kerberos认证，生成TGT票据。
3. 调用hadoop的接口访问文件系统，此时底层RPC会自动携带TGT去Kerberos认证，生成ST票据。