 摘要 
       本文简要介绍了（采用直观的图表形式）两种典型的基于不同密钥基础的认证体系——私钥认证协议Kerberos和分层化的公钥认证协议，剖析了各自的主要步骤和思想，进行了相应的分析和比较，提出了一定的建议，并做了未来的展望。  
 关键词
Kerberos    分层化的公钥认证协议    认证域    认证中心   公钥证件链
认证    票据     长票     短票     服务认证票    信息安全体系结构
一． 引言及其背景
        近二十年来，随着计算机技术、通信技术、网络技术等的飞速发展，计算机系统已经普遍地进入到分布式网络系统阶段，越来越多的人力、物力和财力投入到这个必将有良好前景的领域之中，毕竟，分布式网络系统模式相对于传统的集中式、单机式系统模式，具有极其明显的优势（如高性能，资源共享，通信便捷，实时控制，风险分散等等），完全适应了信息社会的发展趋势，所以，对分布式网络系统的研究和应用理所当然地成为当今IT业的一大热点。
        但我们同时应该冷静地看到，现有的许多分布式网络系统或是单纯出于方便用户使用，或是没有经过认真、充分的理论论证，都或多或少地存在这样或那样的安全隐患。对分布式网络系统的各种攻击（大致可分为攻击联网主机和攻击网络通信两种手段，也有分为主动攻击和被动攻击之说）一直都屡见不鲜，几乎所有的攻击都是利用了目前分布式网络系统的各种安全漏洞，其恶性攻击的损失也越来越大。
     也正是这些原因，ISO公布的基于OSI参考模型上的“信息安全体系结构”（1989年）较完整地定义了五大类安全服务（认证+访问控制+保密性+完整性+抗否认性），其中的认证服务可以说是整个安全系统的重点和难点所在，它不仅有信源识别的基本作用，而且有验证信息完整性的副作用。建立一个较理想的认证系统，这一直是人们关心的热点。
     针对现有的分布式网络系统，进行严格、反复的安全分析和测试（模拟攻击），从建立起新型的、更加安全的理论分布式网络系统模型开始，逐步构筑实用的分布式网络环境中的安全认证体系，无疑是一种必要、有效的途径。我们以下就以现今较通用的安全认证体系出发，构筑一个相对可靠、简便的分层安全认证体系。
二． 基于对称密钥的安全认证
       Kerberos是一种典型的常用的用于客户机和服务器认证的私钥认证体系协议，其一大优点就是使用方便、易于实施。它是MIT（美国麻省理工学院）的Athena计划的一个部分，原义为希腊神话中守护地狱之门的一只凶猛的三头狗，意喻该协议具有及其强大的安全性能。在此我们只涉及该协议的认证（Authentication）部分（其它两大部分为Accounting和Audit）。
       Kerberos解决的问题是普遍的，它通过提供中心认证服务，并应用传统的加密方法，在客户机和服务器之间构造起了一个安全桥梁（即通过要求用户对每个向服务器所要求的服务及其权限，预先经过认证中心服务器的认证合格后，才能被指定服务器所执行），在很大程度上能够消除常规的许多潜在安全问题。而且，它自身的调整和发展也是比较迅速和及时的，现在的最新版本已经达到了V5。0。
       Kerberos的主要认证模型简介如下：
       出于对用户实现和安全分析的考虑，Kerberos的认证中心服务任务被分配到两个相对独立的服务器——AS（认证服务器，它同时应该连接并维护一个中央数据库存放用户口令、标识等重要信息）和TGS（Ticket Granting Server）。因此整个系统将由四部分组成：AS，TGS，Client，Server。由于管理控制、政治经济和其它的因素，导致不太可能在世界范围内实现统一的Kerberos的认证中心，而每一个Kerberos的认证中心都具有或大或小的一定监管区域（不妨称为该Kerberos的认证域），所以出现了以下两种最典型的认证模式(由于Kerberos比较熟悉，所以没有以下进行详尽说明)。
1． 域内认证：
    Client向本Kerberos的认证域以内的Server申请服务的过程分为三阶段6个步骤：
 (以下ID **指**的系统代号，K **指**的密钥，ADc是指Client的地址)

 （一）Client  AS:
① Client   AS:   【 ID Client ||  IDTGS || 时间戳a 】
其中的时间戳a是用来防回放攻击的；
② Client   AS:  
      【 Kc加密 [ Ktgs || IDTGS  || 时间戳b || 生存期长票 || 长票 ] 】
   注：“长票”——
   Ktgs加密 [ Ktgs || ID Client || ADc || IDTGS  || 时间戳b || 生存期长票 ]
 （二）Client  TGS:
③ Client   TGS:  【 IDServer || 长票 || 服务认证票A 】
注：“服务认证票A”—— Ktgs加密 [ ID Client || ADc || 时间戳c]
④ Client   TGS:
【 Ktgs加密 [ Ks || IDServer || 时间戳d || 短票 ] 】
其中的Ks是指TGS为Client和 Server随机分配的会话密钥；
     注：“短票”——
   Kserver加密 [ Ks || ID Client || ADc || IDTGS  || 时间戳b || 生存期长票 ]
（三）Client  Server: 
⑤ Client   Server:
【 短票 || 服务认证票B 】
         Server接收消息，解密验证Client的正确性，通过服务认证票B得到Client的有关信息，并将时间戳e + 1送回Client，供其验证之用。
注：“服务认证票B”—— Ktgs加密 [ ID Client || ADc || 时间戳e]
⑥  Client   Server:
       【 Ks加密 [时间戳e + 1 ] 】  
2． 域间认证：
    Client向本Kerberos的认证域以外的Server’’(以下都用’’代表其它Kerberos的认证域的意思)申请服务的过程分为四阶段8个步骤：

 （一）Client  AS:  两者之间共享Client的密钥Kc，密钥Ktgs是AS和TGS共享的，由AS传递给合法的Client
① Client   AS:  
【 ID Client  |  IDTGS || 时间戳a 】
② Client   AS:  
【 Kc加密 [ Ktgs || IDTGS  || 时间戳b || 生存期长票 || 长票 ] 】
   注：“长票”—— Ktgs加密 [ Ktgs || ID Client || Adc || IDTGS  ||
                   时间戳b || 生存期长票 ]
 （二）Client  TGS:
③ Client   TGS:
   【 IDTGS” || 长票 || 服务认证票 】
④ Client   TGS:
【 Ktgs加密 [ Ktgs” || IDTGS” || 时间戳d || 长票” ] 】
 其中， Ktgs” 是认证域B和认证域A基于一定的信任关系，由TGS共享TGS’’的密钥，但这也同时导致了密钥的信任和存储问题。
 （三）Client  TGS’’:
⑤  Client   TGS’’:
 【 IDServer” || 长票” || 服务认证票 ] 】
⑥  Client   TGS’’:
【 Ktgs”加密 [ KServer” || IDServer” || 时间戳e || 短票” ] 】
 （四）Client  Server’’:
      ⑦ Client   Server’’:
      【短票” || 服务认证票  】       
      Kerberos的局限性也是比较明显的，从攻击的角度来看，大致有以下几个方面（每个问题都附一些可行的解决方式）：
   1．时间同步问题： 这恐怕是Kerberos的最头疼的问题，因为整个Kerberos的协议都严重地依赖于时钟，而实际证明，要求在分步式系统环境中实现良好的时钟同步，是一个很难的课题。但这并不是说Kerberos没有出路可言。我们可以大胆地假定，如果能够实现一种基于安全机制的时间服务，或是研制一种相对独立于计算机和网络环境、且基于一种或几种世界标准时钟的，能够准确进行时间转化和时间服务的联机物理时钟，这种问题将得到较好的解决；
   2．口令猜测问题：Kerberos的口令没有进行额外的特殊处理，以至于即使用强力攻击（即穷举法）的时间复杂度仅和口令的长度成比例，这将形成一个两难的局面：或是增加密钥长度换取更高的安全，但这会造成用户的使用困难（可以参照口令短语方式解决此困难）和增加系统加/解密开销。
   3．认证域之间的信任问题：认证域之间的多级跳跃过程复杂且不明确，相互信任和协调不方便。若各Kerberos区域形成复杂或不规则的网状结构，则要求方便的域间服务，将付出极大的代价，即系统的可扩充性不强。针对这种无序的状况，应有规划有目的地建立起全球一体化的分层（树状）结构，形成良好的信任链条。
   4．重放攻击的问题：
      长票的生存期较长，容易被重放攻击；对短票而言，如果攻击者技术高明，任有机会重放攻击，况且攻击者可以着手破坏系统的时钟同步性。我们建议，在Kerberos引入序列号循环机制，即让传送的消息带上一定的序列号，这些序列号在由系统循环地赋予消息，再结合系统原有的生存期控制，将有效地保证一定的时间段里只能存在唯一的合法消息，从而消除了重放的可能性。当然，这必须付出一定的系统开销代价。
   5．密钥的存储问题：
      Kerberos认证中心要求保存大量的共享私钥，无论是管理还是更新都有很大的困难，需要特别细致的安全保护措施（甚至应采用硬件/物理方法），将付出极大的系统代价。
   6．系统程序的安全性、完整性问题：
      对Kerberos系统程序进行攻击，特别是恶意篡改登录程序，是有效的攻击方法。所以，必须花一定的系统代价去防范对认证系统本身的集中攻击。其中，建立高性能的防火墙和进行日志是必要的。