Hadoop安全机制Kerberos介绍 - HelloWorld开发者社区

Kerberos协议：

Kerberos协议主要用于计算机网络的身份鉴别(Authentication), 其特点是用户只需输入一次身份验证信息就可以凭借此验证获得的票据(ticket-granting ticket)访问多个服务，即SSO(Single Sign On)。由于在每个Client和Service之间建立了共享密钥，使得该协议具有相当的安全性。

条件

先来看看Kerberos协议的前提条件：

如下图所示，Client与KDC， KDC与Service 在协议工作前已经有了各自的共享密钥，并且由于协议中的消息无法穿透防火墙，这些条件就限制了Kerberos协议往往用于一个组织的内部，使其应用场景不同于X.509 PKI。

Hadoop安全机制Kerberos介绍

过程

Kerberos协议分为两个部分：

1 . Client向KDC发送自己的身份信息，KDC从Ticket Granting Service得到TGT(ticket-granting ticket)，并用协议开始前Client与KDC之间的密钥将TGT加密回复给Client。

此时只有真正的Client才能利用它与KDC之间的密钥将加密后的TGT解密，从而获得TGT。

（此过程避免了Client直接向KDC发送密码，以求通过验证的不安全方式）

2. Client利用之前获得的TGT向KDC请求其他Service的Ticket，从而通过其他Service的身份鉴别。

Kerberos协议的重点在于第二部分，简介如下：

Hadoop安全机制Kerberos介绍

1． Client将之前获得TGT和要请求的服务信息(服务名等)发送给KDC，KDC中的Ticket Granting Service将为Client和Service之间生成一个Session Key用于Service对Client的身份鉴别。然后KDC将这个Session Key和用户名，用户地址（IP），服务名，有效期, 时间戳一起包装成一个Ticket(这些信息最终用于Service对Client的身份鉴别)发送给Service，不过Kerberos协议并没有直接将Ticket发送给Service，而是通过Client转发给Service.所以有了第二步。

2．此时KDC将刚才的Ticket转发给Client。由于这个Ticket是要给Service的，不能让Client看到，所以KDC用协议开始前KDC与Service之间的密钥将Ticket加密后再发送给Client。同时为了让Client和Service之间共享那个秘密(KDC在第一步为它们创建的Session Key)， KDC用Client与它之间的密钥将Session Key加密随加密的Ticket一起返回给Client。

3．为了完成Ticket的传递，Client将刚才收到的Ticket转发到Service. 由于Client不知道KDC与Service之间的密钥，所以它无法算改Ticket中的信息。同时Client将收到的Session Key解密出来，然后将自己的用户名，用户地址（IP）打包成Authenticator用Session Key加密也发送给Service。

4． Service 收到Ticket后利用它与KDC之间的密钥将Ticket中的信息解密出来，从而获得Session Key和用户名，用户地址（IP），服务名，有效期。然后再用Session Key将Authenticator解密从而获得用户名，用户地址（IP）将其与之前Ticket中解密出来的用户名，用户地址（IP）做比较从而验证Client的身份。

5．如果Service有返回结果，将其返回给Client。

总结

概括起来说Kerberos协议主要做了两件事

1． Ticket的安全传递。

2． Session Key的安全发布。

再加上时间戳的使用就很大程度上的保证了用户鉴别的安全性。并且利用Session Key，在通过鉴别之后Client和Service之间传递的消息也可以获得Confidentiality(机密性), Integrity(完整性)的保证。不过由于没有使用非对称密钥自然也就无法具有抗否认性，这也限制了它的应用。不过相对而言它比X.509 PKI的身份鉴别方式实施起来要简单多了。

1. 背景

在Hadoop1.0.0或者CDH3 版本之前， hadoop并不存在安全认证一说。默认集群内所有的节点都是可靠的，值得信赖的。用户与HDFS或者M/R进行交互时并不需要进行验证。导致存在恶意用户伪装成真正的用户或者服务器入侵到hadoop集群上，恶意的提交作业，修改JobTracker状态，篡改HDFS上的数据，伪装成NameNode 或者TaskTracker接受任务等。尽管在版本0.16以后， HDFS增加了文件和目录的权限，但是并没有强认证的保障，这些权限只能对偶然的数据丢失起保护作用。恶意的用户可以轻易的伪装成其他用户来篡改权限，致使权限设置形同虚设。不能够对Hadoop集群起到安全保障。

在Hadoop1.0.0或者CDH3版本后，加入了Kerberos认证机制。使得集群中的节点就是它们所宣称的，是信赖的。Kerberos可以将认证的密钥在集群部署时事先放到可靠的节点上。集群运行时，集群内的节点使用密钥得到认证。只有被认证过节点才能正常使用。企图冒充的节点由于没有事先得到的密钥信息，无法与集群内部的节点通信。防止了恶意的使用或篡改Hadoop集群的问题，确保了Hadoop集群的可靠安全。

2. Hadoop 安全问题

2.1 用户到服务器的认证问题

NameNode，,JobTracker上没有用户认证

用户可以伪装成其他用户入侵到一个HDFS 或者MapReduce集群上。

DataNode上没有认证

Datanode对读入输出并没有认证。导致如果一些客户端如果知道block的ID，就可以任意的访问DataNode上block的数据

JobTracker上没有认证

可以任意的杀死或更改用户的jobs，可以更改JobTracker的工作状态

2.2 服务器到服务器的认证问题

没有DataNode, TaskTracker的认证

用户可以伪装成datanode ,tasktracker，去接受JobTracker, Namenode的任务指派。

3. Kerberos能解决的Hadoop安全认证问题

kerberos实现的是机器级别的安全认证，也就是前面提到的服务到服务的认证问题。事先对集群中确定的机器由管理员手动添加到kerberos数据库中，在KDC上分别产生主机与各个节点的keytab(包含了host和对应节点的名字，还有他们之间的密钥)，并将这些keytab分发到对应的节点上。通过这些keytab文件，节点可以从KDC上获得与目标节点通信的密钥，进而被目标节点所认证，提供相应的服务，防止了被冒充的可能性。

解决服务器到服务器的认证

由于kerberos对集群里的所有机器都分发了keytab，相互之间使用密钥进行通信，确保不会冒充服务器的情况。集群中的机器就是它们所宣称的，是可靠的。

防止了用户伪装成Datanode，Tasktracker，去接受JobTracker，Namenode的任务指派。

解决client到服务器的认证

Kerberos对可信任的客户端提供认证，确保他们可以执行作业的相关操作。防止用户恶意冒充client提交作业的情况。

用户无法伪装成其他用户入侵到一个HDFS 或者MapReduce集群上

用户即使知道datanode的相关信息，也无法读取HDFS上的数据

用户无法发送对于作业的操作到JobTracker上

对用户级别上的认证并没有实现

无法控制用户提交作业的操作。不能够实现限制用户提交作业的权限。不能控制哪些用户可以提交该类型的作业，哪些用户不能提交该类型的作业。这些由ACL模块控制（参考）

4. Kerberos工作原理介绍

4.1 基本概念

Princal(安全个体)：被认证的个体，有一个名字和口令

KDC(key distribution center ) : 是一个网络服务，提供ticket 和临时会话密钥

Ticket：一个记录，客户用它来向服务器证明自己的身份，包括客户标识、会话密钥、时间戳。

AS (Authentication Server)：认证服务器

TSG(Ticket Granting Server)：许可证服务器

4.2 kerberos 工作原理

4.2.1 Kerberos协议

Kerberos可以分为两个部分：

Client向KDC发送自己的身份信息，KDC从Ticket Granting Service得到TGT(ticket-granting ticket)，并用协议开始前Client与KDC之间的密钥将TGT加密回复给Client。此时只有真正的Client才能利用它与KDC之间的密钥将加密后的TGT解密，从而获得TGT。（此过程避免了Client直接向KDC发送密码，以求通过验证的不安全方式）
Client利用之前获得的TGT向KDC请求其他Service的Ticket，从而通过其他Service的身份鉴别

Hadoop安全机制Kerberos介绍

4.3 Kerberos认证过程

Kerberos协议的重点在于第二部分（即认证过程）：

Hadoop安全机制Kerberos介绍

（1）Client将之前获得TGT和要请求的服务信息(服务名等)发送给KDC，KDC中的Ticket Granting Service将为Client和Service之间生成一个Session Key用于Service对Client的身份鉴别。然后KDC将这个Session Key和用户名，用户地址（IP），服务名，有效期, 时间戳一起包装成一个Ticket(这些信息最终用于Service对Client的身份鉴别)发送给Service，不过Kerberos协议并没有直接将Ticket发送给Service，而是通过Client转发给Service，所以有了第二步。

（2）此时KDC将刚才的Ticket转发给Client。由于这个Ticket是要给Service的，不能让Client看到，所以KDC用协议开始前KDC与Service之间的密钥将Ticket加密后再发送给Client。同时为了让Client和Service之间共享那个密钥(KDC在第一步为它们创建的Session Key)，KDC用Client与它之间的密钥将Session Key加密随加密的Ticket一起返回给Client。

（3）为了完成Ticket的传递，Client将刚才收到的Ticket转发到Service. 由于Client不知道KDC与Service之间的密钥，所以它无法算改Ticket中的信息。同时Client将收到的Session Key解密出来，然后将自己的用户名，用户地址（IP）打包成Authenticator用Session Key加密也发送给Service。

（4）Service 收到Ticket后利用它与KDC之间的密钥将Ticket中的信息解密出来，从而获得Session Key和用户名，用户地址（IP），服务名，有效期。然后再用Session Key将Authenticator解密从而获得用户名，用户地址（IP）将其与之前Ticket中解密出来的用户名，用户地址（IP）做比较从而验证Client的身份。

（5）如果Service有返回结果，将其返回给Client。