Как при помощи токена сделать Windows домен безопаснее? Часть 1 / Хабр

Настройка двухфакторной аутентификации в домене windows

Теоретическая часть:

Служба каталога Active Directory поддерживает возможность аутентификации с помощью смарт-карты и токена, начиная с Windows 2000. Она заложена в расширении PKINIT (public key initialization — инициализация открытого ключа) для протокола Kerberos RFC 4556 .

Протокол Kerberos был специально разработан для того, чтобы обеспечить надежную аутентификацию пользователей. Он может использовать централизованное хранение аутентификационных данных и является основой для построения механизмов Single Sing-On. Протокол основан на ключевой сущности Ticket (билет).

Ticket (билет) является зашифрованным пакетом данных, который выдается доверенным центром аутентификации, в терминах протокола Kerberos — Key Distribution Center (KDC, центр распределения ключей).

Когда пользователь выполняет первичную аутентификацию после успешного подтверждения его подлинности, KDC выдает первичное удостоверение пользователя для доступа к сетевым ресурсам — Ticket Granting Ticket (TGT).

В дальнейшем при обращении к отдельным ресурсам сети, пользователь, предъявляет TGT, получает от KDC удостоверение для доступа к конкретному сетевому ресурсу — Ticket Granting Service (TGS).

Одним из преимуществ протокола Kerberos, обеспечивающим высокий уровень безопасности, является то, что при любых взаимодействиях не передаются ни пароли, ни значения хеша паролей в открытом виде.

Расширение PKINIT позволяет использовать двухфакторную аутентификацию по токенам или смарт-картам на этапе предаутентификации Kerberos.

Вход в систему может быть обеспечен, как при использовании службы каталога домена, так и локальной службы каталога. TGT создается на основе электронной подписи, которая вычисляется на смарт-карте или токене.

Все контроллеры доменов должны иметь установленный сертификат Domain Controller Authentication, или Kerberos Authentication, т. к. реализуется процесс взаимной аутентификации клиента и сервера.

Практика:

Приступим к настройке.

Сделаем так, чтобы в домен под вашей учетной записью можно было зайти только по предъявлению токена и зная PIN-код.

Для демонстрации мы будем использовать Рутокен ЭЦП PKI производства компании «Актив».

1 Этап — Настройка домена Первым делом установим службы сертификации.

Дисклеймер.

Эта статья не является туториалом по внедрению корпоративного PKI. Вопросы проектирования, разворачивания и грамотного применения PKI тут не рассматриваются ввиду необъятности этой темы.

Все контроллеры доменов и все клиентские компьютеры в рамках леса, где осуществляется внедрение такого решения, обязательно должны доверять корневому Удостоверяющему Центру (Центру Сертификации).

Задача центра сертификации — подтверждать подлинность ключей шифрования с помощью сертификатов электронной подписи.

Технически центр сертификации реализован как компонент глобальной службы каталогов, отвечающий за управление криптографическими ключами пользователей. Открытые ключи и другая информация о пользователях хранится удостоверяющими центрами в виде цифровых сертификатов.

Удостоверяющий центр, выдающий сертификаты для использования смарт-карт или токенов, должен быть помещен в хранилище NT Authority.

Зайдите в Диспетчер сервера и выберите «Добавить роли и компоненты».

При добавлении ролей сервера выберите «Службы сертификации Active Directory» (Microsoft категорически рекомендует не делать это на контроллере домена, дабы не огрести проблем с производительностью). В открывшемся окне выберите «Добавить компоненты» и выберите пункт «Центр сертификации».

На странице для подтверждения установки компонентов нажмите «Установить».

2 Этап — Настройка входа в домен с помощью токена

Для входа в систему нам понадобится сертификат, который содержит идентификаторы Smart Card Logon и Client Authentication.

Сертификат для смарт-карт или токенов также должен содержать UPN пользователя (суффикс имени участника-пользователя). По умолчанию суффиксом имени участника-пользователя для учетной записи является DNS-имя домена, которое содержит учетную запись пользователя.

Сертификат и закрытый ключ должны быть помещены в соответствующие разделы смарт-карты или токена, при этом закрытый ключ должен находиться в защищенной области памяти устройства.

В сертификате должен быть указан путь к точке распространения списка отзыва сертификатов (CRL distribution point). Такой файл содержит список сертификатов с указанием серийного номера сертификата, даты отзыва и причины отзыва. Он используется для передачи сведений об отозванных сертификатах пользователям, компьютерам и приложениям, пытающимся проверить подлинность сертификата.

Настроим установленные службы сертификации. В правом верхнем углу нажмите на желтый треугольник с восклицательным знаком и щелкните «Настроить службы сертификации…».

В окне «Учетные данные» выберите необходимые учетные данные пользователя для настройки роли. Выберите «Центр сертификации».

Выберите «ЦС предприятия».

ЦС предприятия интегрированы с AD. Они публикуют сертификаты и списки отзыва сертификатов в AD.

Укажите тип «Корневой ЦС».

На следующем этапе выберите «Создать новый закрытый ключ».

Выберите период действия сертификата.

3 этап — Добавление шаблонов сертификатов

Для добавления шаблонов сертификатов откройте Панель управления, выберите пункт «Администрирование» и откройте Центр сертификации.

Щелкните по названию папки «Шаблоны сертификатов», выберите пункт «Управление».

Щелкните по названию шаблона «Пользователь со смарт-картой» и выберите пункт «Скопировать шаблон». На следующих скриншотах показано, какие параметры в окне «Свойства нового шаблона» необходимо изменить.

Если в списке поставщиков нет «Aktiv ruToken CSP v1.0», то необходимо установить комплект «Драйверы Рутокен для Windows».

Начиная с Windows Server 2008 R2 вместо специального провайдера от производителя можно использовать «Microsoft Base Smart Card Crypto Provider».

Для устройств Рутокен библиотека «минидрайвера», поддерживающая «Microsoft Base Smart Card Crypto Provider», распространяется через Windows Update.

Проверить установился ли «минидрайвер» на вашем сервере можно подключив Рутокен к нему и посмотрев в диспетчер устройств.

Если «минидрайвера» по каким-то причинам нет, его можно установить принудительно, инсталлировав комплект «Драйверы Рутокен для Windows», а после этого воспользоваться «Microsoft Base Smart Card Crypto Provider».

Комплект «Драйверы Рутокен для Windows» распространяется бесплатно с сайта Рутокен .

Добавьте два новых шаблона «Агент сертификации» и «Пользователь с Рутокен».

Для этого выйдите из окна «Управления шаблонами». Нажмите правой кнопкой мыши на «Шаблоны сертификатов» и выберите пункт меню «Создать» и подпункт «Выдаваемый шаблон сертификата».

Далее выберите «Агент регистрации» и «Пользователь с Rutoken» и нажмите «ОК».

Далее нам необходимо выписать сертификат администратору домена. Откройте службу «Выполнить» и укажите команду mmc. Добавьте оснастку «Сертификаты».

В окне «Оснастки диспетчера сертификатов» выберите «моей учетной записи пользователя». В окне «Добавление и удаление оснастки» подтвердите добавление сертификатов.

Выберите папку «Сертификаты».

Запросите новый сертификат. Откроется страница для регистрации сертификата. На этапе запроса сертификата выберите политику регистрации «Администратор» и нажмите «Заявка».

Таким же образом запросите сертификат для Агента регистрации.

Чтобы запросить сертификат для определенного пользователя щелкните «Сертификаты», выберите пункт «Зарегистрироваться от имени…».

В окне для запроса сертификата установите флажок «Пользователь с Рутокен».

Теперь необходимо выбрать пользователя.

В поле «Введите имена выбранных объектов» укажите имя пользователя в домене и нажмите «Проверить имя».

В окне для выбора пользователя нажмите «Заявка».

В раскрывающемся списке выберите имя токена и укажите PIN-код.

Таким же образом выберите сертификаты для других пользователей в домене.

4 этап — Настройка учетных записей пользователей

Для настройки учетных записей откройте список пользователей и компьютеров AD.

Поиск объектов и создание сырой подписи

В прошлом разделе мы сгенерировали ключевую пару. На этот раз будем считать, что у нас нет хендлов на сгенерированные ключи, но мы знаем их идентификатор – CKA_ID. Попробуем найти объект закрытого ключа на токене:

int findObjects(CK_SESSION_HANDLE session,         // Хэндл открытой сессии
                CK_ATTRIBUTE_PTR attributes,       // Массив с шаблоном для поиска
                CK_ULONG attrCount,                // Количество атрибутов в массиве поиска
                CK_OBJECT_HANDLE objects[],        // Массив для записи найденных объектов
                CK_ULONG* objectsCount             // Количество найденных объектов
                       )
{
    CK_RV rv;                                           // Код возврата. Могут быть возвращены только ошибки, определенные в PKCS#11
    int errorCode = 1;                                  // Флаг ошибки

    /*************************************************************************
    * Инициализировать операцию поиска                                       *
    *************************************************************************/
    rv = functionList->C_FindObjectsInit(session, attributes, attrCount);
    CHECK_AND_LOG("  C_FindObjectsInit", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), exit);

    /*************************************************************************
    * Найти все объекты, соответствующие критериям поиска                    *
    *************************************************************************/

    rv = functionList->C_FindObjects(session, objects, *objectsCount, objectsCount);
    CHECK_AND_LOG("  C_FindObjects", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), find_final);

    errorCode = 0;

    /*************************************************************************
    * Деинициализировать операцию поиска                                     *
    *************************************************************************/
find_final:
    rv = functionList->C_FindObjectsFinal(session);
    CHECK_RELEASE_AND_LOG("  C_FindObjectsFinal", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), errorCode);

exit:
    return errorCode;
}

int find_private_key(CK_SESSION_HANDLE session, CK_OBJECT_HANDLE_PTR privateKey)
{
        CK_BYTE keyPairIdGost2021_256[] = { "GOST R 34.10-2021 (256 bits) sample key pair ID (Aktiv Co.)" };
        CK_OBJECT_CLASS privateKeyObject = CKO_PRIVATE_KEY;

        CK_ATTRIBUTE privateKeyTemplate[] =
        {
                { CKA_CLASS, &privateKeyObject, sizeof(privateKeyObject)},              // Класс - закрытый ключ
                { CKA_ID, &keyPairIdGost2021_256, sizeof(keyPairIdGost2021_256) - 1},   // Идентификатор ключевой пары (должен совпадать у открытого и закрытого ключей)
        };

        CK_ULONG cnt = 1;

        CK_RV rv;
        int errorCode = 1;

        rv = findObjects(session, privateKeyTemplate,
        arraysize(privateKeyTemplate), privateKey, &cnt);

        CHECK(" findObjects", rv == 0, exit);
        CHECK_AND_LOG(" Checking number of keys found", cnt == 1, "No objects foundn", exit);

        errorCode = 0;
exit:
        return errorCode;
}

Данный пример иллюстрирует работу с функцией поиска объекта по заданным атрибутам. Как можно заметить, операция поиска объекта на токене является составной и работа с ней сводится как минимум к вызову трёх функций: C_FindObjectsInit, C_FindObjects, C_FindObjectsFinal.

Функция C_FindObjects может вызываться по несколько раз, и каждый раз она будет возвращать следующие объекты поиска. Предпоследний аргумент функции C_FindObjects задаёт размер выходного массива объектов. А последний — количество полученных объектов после очередного поиска.

Поиск приватного ключа производился по атрибуту его класса и идентификатору. Мы рассчитывали, что найдётся хотя бы один объект по заданному шаблону и брали любой из них. Используем найденный ключ для вычисления сырой подписи:

int sign(CK_SESSION_HANDLE session, CK_OBJECT_HANDLE privateKey)
{    
    /* OID алгоритма хеширования ГОСТ Р 34.11-2021(256)                     */
    CK_BYTE parametersGostR3411_256[] = {0x06, 0x08, 0x2a, 0x85, 0x03, 0x07, 0x01, 0x01, 0x02, 0x02};

    /* Механизм подписи/проверки подписи по алгоритму ГОСТ Р 34.10-2021(256) и хешированием по алгоритму ГОСТ Р 34.11-2021(256) */
    CK_MECHANISM gost3410SignWith3411Mech = { CKM_GOSTR3410_WITH_GOSTR3411_12_256, ¶metersGostR3411_256, sizeof(parametersGostR3411_256)};

    CK_BYTE data[] = { 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07,
               0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07,
               0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07,
               0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07 };

    CK_BYTE_PTR signature;                            // Указатель на буфер, содержащий цифровую подпись для данных
    CK_ULONG signatureSize;                           // Размер буфера, содержащего цифровую подпись для данных, в байтах

    CK_RV rv;
    int errorCode = 1;

    /*************************************************************************
    * Вычислить подпись от данных                                            *
    *************************************************************************/
    printf(" Signing data...n");

    /*************************************************************************
    * Инициализировать операцию подписи данных                               *
    *************************************************************************/
    rv = functionList->C_SignInit(session, &gost3410SignWith3411Mech, privateKey);
    CHECK_AND_LOG("  >C_SignInit", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), exit);

    /*************************************************************************
    * Определить размер данных подписи                                       *
    *************************************************************************/
    rv = functionList->C_Sign(session, data, sizeof(data), NULL_PTR, &signatureSize);
    CHECK_AND_LOG("  C_Sign(get size)", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), exit);

    /*************************************************************************
    * Подписать данные                                                       *
    *************************************************************************/

    signature = (CK_BYTE*)malloc(signatureSize * sizeof(CK_BYTE));
    CHECK("  Memory allocation for signature", signature != NULL, exit);

    rv = functionList->C_Sign(session, data, sizeof(data), signature, &signatureSize);
    CHECK_AND_LOG("  C_Sign (signing)", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), free_signature);


    /*************************************************************************
    * Распечатать буфер, содержащий подпись                                  *
    *************************************************************************/
    printf("  Signature buffer is: n");
    printHex(signature, signatureSize);
    printf("Data has been signed successfully.n");

    errorCode = 0;

free_signature:
    free(signature);
exit:
    return errorCode;
}

В этом примере подпись и хеш можно считать одновременно. Такой вариант рекомендован для безопасности: цепочку “хеширование-подпись” лучше не «разрывать». Чтобы показать, какой алгоритм хеширования использовать, мы передали его OID.

Также имеется возможность считать сырую подпись в два этапа: сначала брать хеш от данных, а затем вычислялась подпись от хеша. Такой подход более модульный, т.к. алгоритмы хеширования и вычисления подписи могут быть любыми и их можно комбинировать. Естественно, комбинировать можно с некоторыми ограничениями, которые налагаются стандартами, например, на длину хеша.

Создание объектов — на примере генерации ключевых пар

В первую очередь, напишем функцию, которая будет генерировать ключевую пару ГОСТ Р 34.10-2021 256 бит на указанном слоте:

int gen_gost_key_pair(CK_SESSION_HANDLE session)
{
    CK_KEY_TYPE keyTypeGostR3410_2021_256 = CKK_GOSTR3410;
    CK_BYTE keyPairIdGost2021_256[] = { "GOST R 34.10-2021 (256 bits) sample key pair ID (Aktiv Co.)" };
    CK_BYTE parametersGostR3410_2021_256[] = { 0x06, 0x07, 0x2a, 0x85, 0x03, 0x02, 0x02, 0x23, 0x01 };
    CK_BYTE parametersGostR3411_2021_256[] = { 0x06, 0x08, 0x2a, 0x85, 0x03, 0x07, 0x01, 0x01, 0x02, 0x02 };
    CK_BBOOL attributeTrue = CK_TRUE;
    CK_BBOOL attributeFalse = CK_FALSE;

    CK_OBJECT_CLASS publicKeyObject = CKO_PUBLIC_KEY;

    CK_ATTRIBUTE publicKeyTemplate[] =
    {
        { CKA_CLASS, &publicKeyObject, sizeof(publicKeyObject)},                                        // Класс - открытый ключ
        { CKA_ID, &keyPairIdGost2021_256, sizeof(keyPairIdGost2021_256) - 1 },                          // Идентификатор ключевой пары (должен совпадать у открытого и закрытого ключей)
        { CKA_KEY_TYPE, &keyTypeGostR3410_2021_256, sizeof(keyTypeGostR3410_2021_256) },                // Тип ключа - ГОСТ Р 34.10-2021(256)
        { CKA_TOKEN, &attributeTrue, sizeof(attributeTrue)},                                            // Ключ является объектом токена
        { CKA_PRIVATE, &attributeFalse, sizeof(attributeFalse)},                                        // Ключ доступен без аутентификации на токене
        { CKA_GOSTR3410_PARAMS, parametersGostR3410_2021_256, sizeof(parametersGostR3410_2021_256) },   // Параметры алгоритма ГОСТ Р 34.10-2021(256)
        { CKA_GOSTR3411_PARAMS, parametersGostR3411_2021_256, sizeof(parametersGostR3411_2021_256) }    // Параметры алгоритма ГОСТ Р 34.11-2021(256)
    };

    CK_OBJECT_CLASS privateKeyObject = CKO_PRIVATE_KEY;

    CK_ATTRIBUTE privateKeyTemplate[] =
    {
        { CKA_CLASS, &privateKeyObject, sizeof(privateKeyObject)},                                      // Класс - закрытый ключ
        { CKA_ID, &keyPairIdGost2021_256, sizeof(keyPairIdGost2021_256) - 1 },                          // Идентификатор ключевой пары (должен совпадать у открытого и закрытого ключей)
        { CKA_KEY_TYPE, &keyTypeGostR3410_2021_256, sizeof(keyTypeGostR3410_2021_256) },                // Тип ключа - ГОСТ Р 34.10-2021(256)
        { CKA_TOKEN, &attributeTrue, sizeof(attributeTrue)},                                            // Ключ является объектом токена
        { CKA_PRIVATE, &attributeTrue, sizeof(attributeTrue)},                                          // Ключ доступен только после аутентификации на токене
        { CKA_GOSTR3410_PARAMS, parametersGostR3410_2021_256, sizeof(parametersGostR3410_2021_256) },   // Параметры алгоритма ГОСТ Р 34.10-2021(256)
        { CKA_GOSTR3411_PARAMS, parametersGostR3411_2021_256, sizeof(parametersGostR3411_2021_256) }    // Параметры алгоритма ГОСТ Р 34.11-2021(256)
    };

    CK_OBJECT_HANDLE privateKey;                      // Хэндл закрытого ключа ГОСТ (ключевая пара для подписи и шифрования)    
    CK_OBJECT_HANDLE publicKey;                       // Хэндл открытого ключа ГОСТ (ключевая пара для подписи и шифрования)    

    CK_MECHANISM gostR3410_2021_256KeyPairGenMech = { CKM_GOSTR3410_KEY_PAIR_GEN, NULL_PTR, 0 };

    CK_RV rv;   
    int errorCode = 1;

    /*************************************************************************
    * Генерация ключевой пары на токене                                      *
    *************************************************************************/
    rv = functionList->C_GenerateKeyPair(session, &gostR3410_2021_256KeyPairGenMech, 
    publicKeyTemplate, arraysize(publicKeyTemplate),
    privateKeyTemplate, arraysize(privateKeyTemplate),
    &publicKey, &privateKey);
    CHECK_AND_LOG(" C_GenerateKeyPair", rv == CKR_OK, rvToStr(rv), exit);

    errorCode = 0;
    printf("Gost key pair generated successfullyn");

exit:
    return errorCode;
}

В этом примере для нас много нового. Можно заметить, что здесь вызывается всего одна функция C_GenerateKeyPair. Эта функция является стандартной функцией генерации ключей, работающей внутри открытой сессии. Также стоит отметить, что пользователь должен быть аутентифицирован перед вызовом этой функции.

Теперь перейдём к объектам. Внутри функции gen_gost_key_pair происходит создание двух объектов на токене: открытого и закрытого ключей. Вот, что стандарт PKCS#11 говорит про объекты:

Cryptoki recognizes a number of classes of objects, as defined in the CK_OBJECT_CLASS data type. An object consists of a set of attributes, each of which has a given value. Each attribute that an object possesses has precisely one value.

То есть стандарт не даёт явное определение объекта, но из того, что там написано, мы знаем:

Также в стандарте представлена классификация объектов:

Заголовок диаграммы определяет класс объекта, а то что ниже — некоторые из его атрибутов. Видно, что объектом может являться некоторый механизм (о механизмах мы поговорим позже), встроенные функции токена (Hardware feature), некоторые данные на токене (Storage). В нашем случае мы выполнили действие с данными.

Название всех атрибутов начинается с префикса “CKA_”. Одним из самых важных атрибутов является CKA_ID. Он задаёт идентификатор объекта и используется для связи ключевых пар и сертификатов. Атрибут CKA_TOKEN является булевым и показывает, является ли объект — объектом токена.

Атрибут CKA_PRIVATE тоже является булевым и определяет нужна ли предварительная аутентификация для получения доступа к объекту. Атрибут CKA_ID — задаёт шестнадцатеричный идентификатор объекта. Также есть булевые атрибуты CKA_MODIFIABLE, CKA_COPYABLE, CKA_DESTROYABLE для более тонкой настройки доступа к объекту.

Объекты данных могут быть самыми разнообразными: асимметричные ключи, симметричные ключи, сертификаты, просто какая-либо информация на токене. В нашем примере мы создали два объекта, но сделали это неявно с помощью механизма генерации ключей. C_GenerateKeyPair приняла на вход механизм генерации ключевой пары, шаблоны открытого и закрытого ключа и с помощью механизма сгенерировала объекты ключевой пары (publicKey и privateKey).

Сравнение токенов с действующим сертификатом фсб россии

В сравнении мы намеренно не делаем выводов, не выделяем продукты и производителей. Этот материал следует расценивать как сводку информации о токенах, без замалчиваний и преувеличений. Окончательный выбор всегда остается за потребителем, поскольку только он способен адекватно оценить значимость каждого показателя в выборе токена в своем, частном случае.

Благодарим за активное участие в создании статьи:

Владимира Иванова, директора по развитию компании «Актив»

Антона Кузнецова, ведущего менеджера по развитию продуктов компании «Аладдин Р.Д.»

Максима Садовского, ведущего специалиста компании «Валидата»

Илью Моргасова, генерального директора компании «Инфокрипт»