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更新时间:2022-05-19 GMT+08:00
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安全认证原理和认证机制

功能

开启了 Kerberos认证的安全模式集群,进行应用开发时需要进行安全认证。

Kerberos这一名词来源于希腊神话“三个头的狗——地狱之门守护者”,后来沿用作为安全认证的概念,使用Kerberos的系统在设计上采用“客户端/服务器”结构与AES等加密技术,并且能够进行相互认证(即客户端和服务器端均可对对方进行身份认证)。可以用于防止窃听、防止replay攻击、保护数据完整性等场合,是一种应用对称密钥体制进行密钥管理的系统。

结构

Kerberos的原理架构如图1所示,各模块的说明如表1所示。

图1 原理架构

表1 模块说明

模块

说明

Application Client

应用客户端,通常是需要提交任务(或者作业)的应用程序。

Application Server

应用服务端,通常是应用客户端需要访问的应用程序。

Kerberos

提供安全认证的服务。

KerberosAdmin

提供认证用户管理的进程。

KerberosServer

提供认证票据分发的进程。

步骤原理说明:

应用客户端(Application Client)可以是集群内某个服务,也可以是客户二次开发的一个应用程序,应用程序可以向应用服务提交任务或者作业。

  1. 应用程序在提交任务或者作业前,需要向Kerberos服务申请TGT(Ticket-Granting Ticket),用于建立和Kerberos服务器的安全会话。
  2. Kerberos服务在收到TGT请求后,会解析其中的参数来生成对应的TGT,使用客户端指定的用户名的密钥进行加密响应消息。
  3. 应用客户端收到TGT响应消息后,解析获取TGT,此时,再由应用客户端(通常是rpc底层)向Kerberos服务获取应用服务端的ST(Server Ticket)。
  4. Kerberos服务在收到ST请求后,校验其中的TGT合法后,生成对应的应用服务的ST,再使用应用服务密钥将响应消息进行加密处理。
  5. 应用客户端收到ST响应消息后,将ST打包到发给应用服务的消息里面传输给对应的应用服务端(Application Server)。
  6. 应用服务端收到请求后,使用本端应用服务对应的密钥解析其中的ST,并校验成功后,本次请求合法通过。

基本概念

以下为常见的基本概念,可以帮助用户减少学习Kerberos框架所花费的时间,有助于更好的理解Kerberos业务。以HDFS安全认证为例:

TGT

票据授权票据(Ticket-Granting Ticket),由Kerberos服务生成,提供给应用程序与Kerberos服务器建立认证安全会话,该票据的默认有效期为24小时,24小时后该票据自动过期。

TGT申请方式(以HDFS为例):

  1. 通过HDFS提供的接口获取。
    /**
      * login Kerberos to get TGT, if the cluster is in security mode
      * @throws IOException if login is failed
      */
      private void login() throws IOException {       
      // not security mode, just return
        if (! "kerberos".equalsIgnoreCase(conf.get("hadoop.security.authentication"))) {
            return;
        }
            
        //security mode
        System.setProperty("java.security.krb5.conf", PATH_TO_KRB5_CONF);
            
        UserGroupInformation.setConfiguration(conf);
        UserGroupInformation.loginUserFromKeytab(PRNCIPAL_NAME, PATH_TO_KEYTAB);        
      }
  2. 通过客户端shell命令以kinit方式获取。

ST

服务票据(Server Ticket),由Kerberos服务生成,提供给应用程序与应用服务建立安全会话,该票据一次性有效。

ST的生成在FusionInsight产品中,基于hadoop-rpc通信,由rpc底层自动向Kerberos服务端提交请求,由Kerberos服务端生成。

认证代码实例讲解

package com.huawei.bigdata.hdfs.examples;

import java.io.IOException;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileStatus;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation;

public class KerberosTest {
    private static String PATH_TO_HDFS_SITE_XML = KerberosTest.class.getClassLoader().getResource("hdfs-site.xml")
            .getPath();
    private static String PATH_TO_CORE_SITE_XML = KerberosTest.class.getClassLoader().getResource("core-site.xml")
            .getPath();
    private static String PATH_TO_KEYTAB = KerberosTest.class.getClassLoader().getResource("user.keytab").getPath();
    private static String PATH_TO_KRB5_CONF = KerberosTest.class.getClassLoader().getResource("krb5.conf").getPath();
    private static String PRNCIPAL_NAME = "develop";
    private FileSystem fs;
    private Configuration conf;
    
    /**
     * initialize Configuration
     */
    private void initConf() {
        conf = new Configuration();
        
        // add configuration files
        conf.addResource(new Path(PATH_TO_HDFS_SITE_XML));
        conf.addResource(new Path(PATH_TO_CORE_SITE_XML));
    }
    
    /**
     * login Kerberos to get TGT, if the cluster is in security mode
     * @throws IOException if login is failed
     */
    private void login() throws IOException {       
        // not security mode, just return
        if (! "kerberos".equalsIgnoreCase(conf.get("hadoop.security.authentication"))) {
            return;
        }
        
        //security mode
        System.setProperty("java.security.krb5.conf", PATH_TO_KRB5_CONF);
        
        UserGroupInformation.setConfiguration(conf);
        UserGroupInformation.loginUserFromKeytab(PRNCIPAL_NAME, PATH_TO_KEYTAB);        
    }
    
    /**
     * initialize FileSystem, and get ST from Kerberos
     * @throws IOException
     */
    private void initFileSystem() throws IOException {
        fs = FileSystem.get(conf);
    }
    
    /**
     * An example to access the HDFS
     * @throws IOException
     */
    private void doSth() throws IOException {
        Path path = new Path("/tmp");
        FileStatus fStatus = fs.getFileStatus(path);
        System.out.println("Status of " + path + " is " + fStatus);
        //other thing
    }


    public static void main(String[] args) throws Exception {
        KerberosTest test = new KerberosTest();
        test.initConf();
        test.login();
        test.initFileSystem();
        test.doSth();       
    }
}
  1. Kerberos认证时需要配置Kerberos认证所需要的文件参数,主要包含keytab路径,Kerberos认证的用户名称,Kerberos认证所需要的客户端配置krb5.conf文件。
  2. 方法login()为调用hadoop的接口执行Kerberos认证,生成TGT票据。
  3. 方法doSth()调用hadoop的接口访问文件系统,此时底层RPC会自动携带TGT去Kerberos认证,生成ST票据。
  4. 以上代码可在安全模式下的HDFS二次开发样例工程中创建KerberosTest.java,运行并查看调测结果,具体操作过程请参考HDFS开发指南(安全模式)
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