最新的 Kerberos 版本 5 没有定义它所支持的加密算法。这使得该协议灵活并易于扩展，但也使其不同实现之间的互操作问题非常突出。为了使基于不同 Kerberos 实现的客户端、应用程序和认证服务器之间实现互操作，它们必须至少有一个共同支持的加密算法。本文描述了在一个常见场景中如何确定并配置多方共同支持的 Kerberos 加密算法。该场景中，基于 Web Service security 的 WebSphere 应用程序运行在 z/OS 和 Windows 两个互信的 KDC 域中。最后给出一些关于 Kerberos 加密算法的调试方法。
介绍
在 WebSphere Application Server 版本 7 的安全方面，加入了对 Kerberos 身份认证机制的支持。Kerberos 是一个成熟、灵活、开放并且非常安全的网络认证协议。它使用私钥加密技术为客户 / 服务器端应用提供了强大的认证功能。
在认证过程中，Kerberos 需要对传递于不同参与者之间的令牌（ticket 和 authenticator）进行加密和解密。Kerberos 版本 5 没有对它所支持的加密算法的个数或种类进行预定义。虽然这使得该协议灵活并且易于扩展，但也使 Kerberos 5 的不同实现之间的互操作问题非常突出。为了使基于不同 Kerberos 实现的客户端、应用程序和认证服务器之间实现互操作，它们必须至少有一个共同支持的加密算法。
本文描述了在一个非常常见的客户场景中，如何 确定并配置多方共同支持的 Kerberos 加密算法。在这个场景中，使用了 Web Service security 的 WebSphere 应用程序运行在 z/OS 和 Windows 两个互相信任的 KDC 域中。在文章的最后，给出了一些关于 Kerberos 加密算法的调试方法。
场景概述
图 1. 场景概述
在 这个场景中，配置了两个 KDC。一个是基于 Windows 平台的 Windows KDC，另一个是基于 z/OS 平台的 z/OS KDC。实现了 Web Service security 的应用程序由客户端和服务器端两个部分组成，客户端部署在 Windows 平台的 WebSphere Application Server 上，服务器端部署在 z/OS 平台的 WebSphere Application Server 上。Windows 平台处于 Windows KDC 域中，z/OS 平台处于 z/OS KDC 域中。尽管在本场景中单向的信任（z/OS KDC 信任 Windows KDC）就足够了，但是本文还是介绍了如何配置双向的信任关系。因此，该场景会达到这样的效果：Windows KDC 域中的用户（客户端用户）如果通过了 Windows KDC 的认证，并且在服务器端通过了授权验证，就可以通过 Web Service 客户端程序访问服务器端的 Web Service。
如果您想了解如何配置跨 z/OS KDC 和 Windows KDC 领域信任，请参考这篇文章“Implementing SPNEGO TAI single sign-on for WebSphere applications with z/OS and Windows Kerberos trusted realms”。
表 1 中列出了本文中所用到的一些系统参数值，需要替换为您实际场景中的真实值。
表 1. 本文用到的系统参数值
| 参数名 | 参数值 |
|---|---|
| Windows KDC 主机名 | Winserver2008-1.pdl.pok.ibm.com |
| Windows Web Service 客户端主机名 | boss61a.pdl.pok.ibm.com |
| Windows KDC 域 | WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM |
| z/OS KDC 主机名 | webwb5.pdl.pok.ibm.com |
| z/OS WebSphere 主机名 | ztestb0.pdl.pok.ibm.com |
| z/OS KDC 域 | ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM |
不同平台 /Feature 支持的加密算法
由于 Kerberos 版本 5 没有预定义它所支持的加密算法的类型或个数，每个特定的 Kerberos 实现支持的加密算法不尽相同。选择使用哪种加密算法时，需要认真考虑各算法的加密能力，以及需要互操作的各平台及产品所支持的加密算法类型。
本 文中场景所涉及到的平台包括 z/OS KDC 和 Window KDC，我们需要考虑这两种 KDC 所支持的加密算法。由于场景中涉及的应用程序是运行于 WebSphere Application Server 的 Web Service security 应用，我们还需要考虑 WebSphere Application Server 以及 Web Service security 所支持的加密算法。
下面将介绍不同平台 /feature 所支持的 Kerberos 加密算法。
z/OS KDC
z/OS 上的 Kerberos 实现叫做“Network Authentication Service”，它所支持的 Kerberos 加密算法从 z/OS 1.9 开始相对于 z/OS 1.8 有所改变。
z/OS 1.8 上的 Network Authentication Service 支持以下几种加密算法：
- DES - 56-bit DES
- DESD - 带 key derivation 的 56-bit DES
- DES3 - 168-bit DES
z/OS 1.9 上的 Network Authentication Service 除了支持上面提到的 DES，DESD 和 DES3 以外，还支持以下两种加密算法：
- AES128 - 128-bit AES
- AES256 - 256-bit AES
Windows KDC
Windows Server 2003 支持 RC4-HMAC，DES-CBC-CRC 和 DES-CBC-MD5. Windows Server 2008 除了这三个加密算法外，还支持 -CTS-HMAC-SHA1-96 和 AES128-CTS-HMAC-SHA1-96。RC4-HMAC 是 Microsoft Windows 缺省使用的加密算法。
目前的 IBM JDK
WebSphere Application Server 使用内嵌的 IBM JDK，所以 IBM JDK 所支持的 Kerberos 加密算法也是需要考虑的方面。IBM JDK 中的 Java™ Cryptography Extension（JCE） 缺省的配置限制它的加密能力。如果需要使用 192-bit 和 256-bit Advanced Encryption Standard (AES），必须要使用无限制的 policy 文件。
为了简化我们的场景，本文的配置将不选择 192-bit 或者 256-bit AES。
WebSphere WS-security XML
由于 XML 规范不支持 DES，所以 WebSphere 中的 Web Service 功能也不支持 DES。
可 扩展标记语言（XML）加密规范由万维网联盟（W3C）在 2002 年制定。该规范包括对数据进行加密、解密的步骤，呈现 XML 加密数据的语法，用来进行数据解密的信息，以及加密算法列表。加密算法列表中包括 triple Data Encryption Standard（DES）, Advanced Encryption Standard（AES） 以及 Rivest-Shamir-Adleman algorithm （RSA）几类。XML 规范支持的加密算法包括 tripledes-cbc, aes128-cbc, aes192-cbc, aes256-cbc, rsa-1_5 和 rsa-oaep-mgf1p。
加密算法之间的兼容性
z/OS RACF 和 Windows 所支持的 Kerberos 各加密算法之间存在一定的对应关系，各个对应的加密算法之间是兼容的。表 2 列出了这种兼容关系。
表 2. Kerberos 加密算法之间的兼容关系
| z/OS RACF | Windows |
|---|---|
| DES | des-cbc-crc, des-cbc-md5 |
| DESD | des-hmac-sha1 |
| DES3 | des3-cbc-sha1-kd , tripledes-cbc |
| AES128 | aes128-cts-hmac-sha1-96, aes128-cbc |
| AES256 | aes256-cts-hmac-sha1-96, aes256-cbc |
确定共有的加密算法
综上所述，表 3 总结了各不同平台 /feature 对各种 Kerberos 加密算法的支持情况。“Y”表示支持，“N”表示不支持。
表 3. 不同平台 /feature 对 Kerberos 加密算法的支持
| z/OS 1.8 | z/OS 1.9 | Window 2003 | Windows 2008 | Current IBM JDK | WS-securityXML | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DES | Y | Y | Y | Y | Y | N |
| DES3 | Y | Y | N | N | Y | Y |
| DESD | Y | Y | N | N | Y | N |
| AES128 | N | Y | N | Y | Y | Y |
| AES256 | N | Y | N | Y | N | Y |
由 于本文场景的需要，我们需要综合考虑 z/OS KDC、Windows KDC、IBM JDK 和 WebSphere Application Server 中的 WS-security XML 所支持的加密算法，确定哪个加密算法是它们共同支持的。所以本文会选择 z/OS 1.9 和 Window 2008 server 作为操作系统平台，使用 AES128 作为共用的 Kerberos 加密算法。
配置 Kerberos 加密算法
在 Kerberos 配置文件中配置加密算法
加 密算法需要在几个 Kerberos 配置文件中进行设置，包括 z/OS KDC 要用到的 envar，运行于 z/OS 平台的 WebSphere Application Server 需要使用的 krb5.conf 和 Windows 客户端需要使用的 krb5.ini。
表 4. 需要设置加密算法的 Kerberos 配置文件
| 平台 | Kerberos 配置文件 |
|---|---|
| z/OS KDC | envar |
| z/OS 上的 WebSphere Application Server | krb5.conf |
| Windows 客户端 | krb5.ini |
- z/OS KDC的 Kerberos 配置文件
envar 文件是 z/OS KDC 用来设置环境变量的配置文件。在该文件中，我们可以通过设置 SKDC_TKT_ENCTYPES 参数来指定该 KDC 支持哪些 Kerberos 加密算法。由于在本文场景中需要使用 AES128 作为 Kerberos 加密算法，参数 SKDC_TKT_ENCTYPES 的值需要包含 aes128-cts-hmac-sha1-96。下面是一个 envar 文件的例子，在这个例子中，SKDC_TKT_ENCTYPES 的值被设为所有的加密算法，所以 z/OS KDC 会支持所有的 Kerberos 加密算法。
清单 1. envar
b)z/OS WebSphere Application Server 和 Window 客户端的 Kerberos 配置文件
在 每一个 Kerberos 客户端机器上都需要配置 Kerberos 配置文件 krb5.conf 或者 krb5.ini。在 z/OS 平台上需要为 WebSphere Application Server 配置 krb5.conf；而在 Windows 平台上，需要为 Web Service 客户端配置 krb5.ini。在 krb5.conf/krb5.ini 文件中，支持的 Kerberos 加密算法是由参数 default_tkt_enctypes 和 default_tgs_enctypes 的值决定的。default_tkt_enctypes 指定了 TGT 中用户部分所使用的加密算法；default_tgs_enctypes 指定了 service ticket 中用户部分所使用的加密算法。为了简化配置，本文将这两个参数都设为一样的 aes128-cts-hmac-sha1-96 加密算法。[capaths] 部分用来指明 z/OS KDC 域和 Window KDC 域彼此信任。
清单 2. krb5.conf
[libdefaults]
default_realm = ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM
default_keytab_name = FILE:/etc/krb5/krb5.keytab
kdc_default_options = 0x40000000
use_dns_lookup = 0
udp_preference_limit=1
; Default encryption types if AES128 is not supported
default_tkt_enctypes = aes128-cts-hmac-sha1-96
default_tgs_enctypes = aes128-cts-hmac-sha1-96
[realms]
ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM = {
kdc = webwb5.pdl.pok.ibm.com:88
kpasswd_server = webwb5.pdl.pok.ibm.com:464
admin_server = webwb5.pdl.pok.ibm.com:749
}
WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM = {
kdc = Winserver2008-1.pdl.pok.ibm.com:88
default_domain = WIN2008KDC.pdl.pok.ibm.com
}
[domain_realm]
ztestb0.pdl.pok.ibm.com = ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM
webwb5.pdl.pok.ibm.com = ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM
boss61a.pdl.pok.ibm.com = WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM
Winserver2008-1.pdl.pok.ibm.com = WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM
[capaths]
ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM = {
WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM = .
}
WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM = {
ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM = .
}清单 3. krb5.ini
[libdefaults]
default_realm = WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM
use_dns_lookup = 0
forwardable = true
renewable = true
udp_preference_limit=1
; Default encryption types if AES128 is not supported
default_tkt_enctypes = aes128-cts-hmac-sha1-96
default_tgs_enctypes = aes128-cts-hmac-sha1-96
[realms]
ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM = {
kdc = webwb5.pdl.pok.ibm.com:88
kpasswd_server = webwb5.pdl.pok.ibm.com:464
admin_server = webwb5.pdl.pok.ibm.com:749
}
WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM = {
kdc = Winserver2008-1.pdl.pok.ibm.com:88
default_domain = WIN2008KDC.pdl.pok.ibm.com
}
[domain_realm]
ztestb0.pdl.pok.ibm.com = ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM
webwb5.pdl.pok.ibm.com = ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM
boss61a.pdl.pok.ibm.com = WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM
Winserver2008-1.pdl.pok.ibm.com = WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM
[capaths]
ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM = {
WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM = .
}
WIN2008KDC.PDL.POK.IBM.COM = {
ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM = .
}Kerberos 加密算法的平台相关配置
- z/OS KDC
RACF 中需要为客户端和 WebSphere Application Server SPN 创建带 KERB 字段的用户。我们需要在用户创建阶段保证它们支持 AES128 加密算法。
可以参考下面的 RACF 命令来创建客户端用户：
ADDUSER CLIENT PASSWORD(temp)
ALTUSER CLIENT KERB(KERBNAME(CLIENT) ENCRYPT(NODES NODES3 NODESD AES128 NOAES256)) PASSWORD(password) NOEXPIRED
下面是创建 WebSphere Application Server SPN 用户的命令示例：
ADDUSER WASKERB PASSWORD(temp)
ALTUSER WASKERB KERB(KERBNAME(WAS/ztestb0.pdl.pok.ibm.com) ENCRYPT(NODES NODES3 NODESD AES128 NOAES256)) PASSWORD(password) NOEXPIRED
在 z/OS 系统升级或移植时，可能会遇到一些问题。DES3 只有在 z/OS 1.2 及以上版本才被支持；AES128 和 AES256 只有在 z/OS 1.9 或以上才被支持。当一个 principal 的密码改变后，会为该 principal 生成当前级别 z/OS 所支持的所有加密算法的 key。所以当 principle 从低于 z/OS 1.2 的系统移植到 z/OS 1.2 上时，该 principal 没有 DES3 key，必须通过修改 principal 的密码来生成 DES3 key。同样的情况也适用于 z/OS 1.9 和 AES128/AES256 key。
Kerberos principal krbtgt 在 RACF 中被定义为 REALM KERBDFLT。如果系统升级到了 z/OS 1.9 后没有对其密码进行更改，那么它只有 DES，DESD 和 DES3 key，没有 AES128 和 AES256 key。可以通过这个命令更改密码来生产 AES key：
RALT REALM KERBDFLT KERB(PASSWORD(xxx))
对于其它的 principal，使用 ALTUSER 或其它命令来更改密码。
如果 principal 从别的系统移植过来，原理的系统中 RACF 选项 KERBLVL 被设成了 0，那么这些 principal 只有 DES key。
- Windows KDC
为了使用 AES128 加密算法，Windows KDC 上需要进行一些特殊的配置。
- 确保用户帐号不使用 DES 作为加密算法
对于 AD 用户帐号，需要确保没有使用 DES 加密算法。以 user1 为例：
打开 “Server Manager”。在左边的导航树上打开
Roles -> Active Directory Domain Services -> Active Directory Users and Computers -> Domain Name （这里是 WIN2008KDC.pdl.pok.ibm.com） -> users -> 选中 “user1”，右键
打开 Properties Dialog 并切换到“Account” 标签页。确保"Use Kerberos DES encryption types for this account" 选项没有选中。如果这个选项是被选中的，DES 将被用作该帐号的加密算法，而不是 AES128。
图 2. 不选 "Use Kerberos DES encryption types for this account"
- 保证只使用 AES128 加密算法
打开注册表编辑器：开始 -> 运行 -> 输入“regedit”
右键选中条目 HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\kdc -> New -> DWORD
输入新的子关键字的名称“KdcUseRequestedEtypesForTickets”。
右 键选中“KdcUseRequestedEtypesForTickets”并选择“Modify”，将其值设为“1”。这样 KDC 就会只使用设置的 AES128 加密算法。如果该注册表条目的值没有被设置，那么它的缺省值为 0，意味着 KDC 会使用它所支持的功能最强的加密算法。
图 3. 设置 KdcUseRequestedEtypesForTickets 的值为 1
- 告诉 MS KDC foreign realm（z/OS KDC）支持 AES
通过 Control Panel -> Administrator Tools -> Active Directory Domains and Trusts 路径打开“Active Directory Domains and Trusts”窗口
右键点击 WIN2008KDC.pdl.pok.ibm.com，选中 properties
转到 Trusts 标签页并选择 ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM ->
点击 Properties … ，选中“The other domain supports Kerberos AES Encryption”
图 4. Foreign realm 支持 AES 加密算法
关于加密算法的一些调试方法
方法 1
当你需要查看存储在 keytab 文件中的 principle 使用的加密算法时，可以使用 klist 命令。
klist -k -e FILE:/etc/krb5/krb5.keytab
运行结果：
Key table: FILE:/etc/krb5/krb5.keytab
Number of entries: 1
[1] principal: WAS/ztestb0.pdl.pok.ibm.com@ZOSKDC.PDL.POK.IBM.COM
KVNO: 1
Encryption type: AES128-CTS-HMAC-SHA1-96方法 2
如果需要查看运行时所使用的加密算法是否正确，可以打开一些包含加密算法信息的调试信息。
- z/OS KDC
打开 SKRBKDC job 的调试信息：
- 运行时动态的打开调试信息
SKRBKDC job 启动后，使用控制台命令
F SKRBKDC,DEBUG ON F SKRBKDC,DEBUG *.8
- 在配置文件中打开调试信息
在 envar 文件中设置如下参数，然后重启 SKRBKDC job
_EUV_SVC_DBG=*.8 _EUV_SVC_DBG_MSG_LOGGING=1 _EUV_SVC_DBG_FILENAME=/tmp/kdc.dbg _EUV_SVC_MSG_LOGGING=STDOUT_LOGGING
- WebSphere Application Server
设置与 Kerberos 调试相关的 JVM custom properties
com.ibm.security.jgss.debug=all com.ibm.security.krb5.Krb5Debug=all
图 5. 在管理控制台中设置与 Kerberos 调试相关的 JVM custom properties
- 查看网络数据包中使用的加密算法
Wireshark 可以捕获网络中的数据包，查看发往 KDC 和从 KDC 发出的数据包中使用的加密算法。
图 6. 使用 Wireshark 查看数据包中的加密算法
方法 3
在调试信息中，有时候会使用特定的数字来代表相应的加密算法。RFC 3961 中定义了各加密算法和数字之间的对应关系。
表 5. RFC 3961 中列出的加密算法与数字的对应关系
| 加密算法 | 数字 |
|---|---|
| des-cbc-crc | 1 |
| des-cbc-md4 | 2 |
| des-cbc-md5 | 3 |
| des3-cbc-md5 | 5 |
| des3-cbc-sha1 | 7 |
| dsaWithSHA1-CmsOID | 9 |
| md5WithRSAEncryption-CmsOID | 10 |
| sha1WithRSAEncryption-CmsOID | 11 |
| rc2CBC-EnvOID | 12 |
| rsaEncryption-EnvOID | 13 |
| rsaES-OAEP-ENV-OID | 14 |
| des-ede3-cbc-Env-OID | 15 |
| des3-cbc-sha1-kd | 16 |
| aes128-cts-hmac-sha1-96 | 17 |
| aes256-cts-hmac-sha1-96 | 18 |
| rc4-hmac | 23 |
| rc4-hmac-exp | 24 |
| subkey-keymaterial | 65 |
结束语
本 文描述了在一个客户常见场景（基于 Web Service security 的 WebSphere 应用程序运行在 z/OS 和 Windows 两个互信的 KDC 域中）中如何确定并配置多方共同支持的 Kerberos 加密算法。这是基于不同 Kerberos 实现的客户端、应用程序和认证服务器之间实现互操作的必要条件。最后，本文还给出一些关于 Kerberos 加密算法的调试方法，以方便客户解决实际操作中可能碰到的 Kerberos 加密算法相关的问题。
