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第12、13章：认证机制

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第12章——基本认证机制

当访问某些需要授权才能访问的资源时，服务器会返回401要求登录认证，web服务器会将受保护的文档组织成一个 安全域（security realm），每个安全域可以有不同的授权用户集。

一个例子

假设web服务器建立了两个安全域，一个用于公司的财务信息，一个用于个人家庭的文档，那么公司的CEO应当能够访问销售额预测资料，但不应该允许CEO访问员工和其家人度假的照片。

下面是一个假想的基本认证质询，它指定了一个域：

HTTP/1.0 401 Unauthorized
WWW-Authenticate：Basic realm=”Family”

域应该有一个描述性字符名，比如 Family（员工个人家庭照片），以帮助用户了解应该使用哪个用户名和密码。

基本认证实例

缺点

基本认证的机制很简单，但是存在以下主要的安全隐患：

  • 基本认证以 username:pwd 的形式将用户名密码拼接起来，并且通过Base-64的加密后通过网络发送用户名和密码，这基本上相当于明文传输（base-64很容易破解）。
  • 即使使用其他更难解密的方式加密，也没有机制防止重放攻击。
  • 没有针对中间节点的防护，头部不被更改，能通过认证，但是报文内容更改了也能造成很大的危害。

第13章——摘要认证

摘要认证试图修复基本认证协议的严重缺陷，它遵循的箴言是“绝不通过网络发送密码”，相对基本认证，它做了如下改进：

  • 永远不以明文在网络上发送密码
  • 可以防止恶意用户捕获并且重放的握手过程
  • 可以选择性地防止对报文内容的篡改
  • 防范其他常见形式的攻击

原理

摘要认证的主要原理是“对信息主体的浓缩”，它认证的主要流程如下：

  1. 客户端请求了某个受保护的文档。
  2. 在客户端能够证明身份前，服务器拒绝提供文档，并向客户端发起质询，询问用户名和摘要形式的密码。
  3. 客户端传递用户名和密码的摘要。服务器知道所有用户的密码，将收到的摘要与自己用密码计算出来的摘要对比，即可校验用户身份真伪。
  4. 如果验证通过，则开始向客户端提供文档。

注意：整个过程都没有在网络上发送密码！而是发送密码的“摘要”或者说是指纹

整个过程图示如下：

摘要认证流程

摘要

摘要是一种单向函数，主要用于将无限的输入值转换为有限的浓缩输出值，有时也将摘要函数称为加密的校验和、单向散列函数或者指纹函数。常见的摘要函数是 MD5 ，会将任意长度的字节序列转换为一个128位的摘要。MD5输出的128位的摘要通常会被写成32个16进制的字符，每个字符表示4位。

重放攻击

使用单向摘要就无需以明文发送密码了，但是别有用心的人还是可以截获摘要，并一遍遍地重放给服务器，进行重放攻击，在这点上，摘要和密码一样好用。

为了防止重放攻击，服务器可以向客户端发送一个称为 随机数（nonce）的特殊令牌，这个数会经常发生变化（根据具体规则来定，可以每次认证都变化），客户端在计算摘要之前要先将这个随机数令牌附加到密码上去。在密码中加入随机数就会使摘要随着随机数的每次变化而变化，没有密码就无法计算出正确的摘要。

摘要认证的握手机制

摘要认证的握手步骤流程如下：

  1. 客户端请求被保护的文档。
  2. 服务器计算出一个随机数，放入质询报文（WWW-Authenticate）中，与服务器支持的算法列表一同发给客户端。
  3. 客户端选择其中一个算法，计算出密码和其他数据的摘要。并将摘要放在认证报文（Authorization）中发回服务器，如果客户端要对服务器进行质询，可以发送客户端的随机数。
  4. 服务器接受摘要、选中的算法以及支撑数据，在本地生成摘要，并与客户端发来的摘要对比验证。如果客户端有对服务器进行质询，就会创建服务端摘要。

摘要认证会话过程优化

预授权

普通的认证方式中，事务结束前，每条请求都要有一次 请求/质询 的循环，如果客户端事先知道下一个随机数是什么，就可以取消这个 请求/质询 循环，这样客户端就可以在服务端发出请求之前，正确地生成Authorization首部了。这样就能减少报文的数量，对性能也有很大的提升，如图：

预授权减少报文数量

此外，还有几种预授权的方式：

  • 服务器预先在Authentication-info成功首部中发送下一个随机数。

    这虽然避免了 请求/质询 循环，但是它也破坏了对同一条服务器的多条请求进行管道化的功能，因为在发布下一条请求之前，一定要收到下一个随机值才行。

  • 服务器允许在一段时间内使用同一个随机数。

    可能会有一定次数的重放攻击的可能性。

  • 客户端和服务器使用同步的、可以预测的随机数生成方法。

报文完整性保护

如果使用了完整性保护（qop=”auth-init”），对应的内容就是对实体主体部分，而不是报文主体部分的散列，对于发送者，要在应用任意传输编码方式之前计算，而对于接收者，则应在去除所有传输编码之后计算。

总结安全隐患和相应解决方案

  • 重放攻击。

    用生成随机数解决，可能可以包括IP地址、时间戳、资源Etag等计算摘要。

  • 多重认证机制。

    比如同时存在基本认证和摘要认证时。可以考虑使用最强认证方案。

  • 首部篡改。

    防范方式：要么端到端加密，要么对首部进行数字签名，最好二者结合。

  • 词典攻击。

    没有好的对策，设置合理的密码过期策略，和难以猜测和破译的密码吧。

  • 恶意代理攻击和中间人攻击。

    没有更好的方法，唯一方式是使用SSL。

  • 选择明文攻击。

    利用摘要词典获取密码明文，或者暴力枚举可能的密码。

  • 存储密码。

    如果摘要认证密码文件被入侵，攻击者就获取到域中所有文件，而无需进行解码了。消除这个问题的方法：（1）加强保护 （2）确保域名在所有域中是唯一的。如果密码文件被入侵，所造成的破坏也局限于某一特定域。

摘要加密没有为内容的安全提供保障，可能可以知道内容是否被篡改，真正安全的事务是通过SSL才能实现。

谢谢你的鼓励