实例讲解更为安全的一次性口令鉴别技术

丁芊芊

虽然大部分用户还在使用可重用口令技术来保护他们的系统，但随着网络应用的大规模普及，可重用口令技术的缺陷日渐暴露无遗。换句话说，传统的可重用口令技术业已不能胜任当前的应用环境，而本文的目的便是为读者介绍一种更为安全的口令鉴别技术——一次性口令技术。本文不但讨论了一次性口令技术的机制，同时还详细介绍了opie在freebsd系统下的应用。
一、可重用口令技术的缺点
    随着社会信息化程度的提高，信息作为一种与人们的切身利益息息相关的资产，其安全性正日益受到人们的关注。因此，在我们能够使用信息系统之前，通常需要经过以下两个步骤：鉴别和授权。鉴别是授权的基础，因为如果不能正确的识别用户的身份，正确的授权就无从谈起。利用口令认证用户是最常用的一种鉴别技术，而口令鉴别技术通常又分为两种：历史悠久的可重用口令鉴别技术和后起之秀一次性口令鉴别技术。
    也许是可重用口令鉴别技术的历史太悠久的缘故，人们已经对她太熟悉，所以列举起她的缺点来简直如数家珍。这里是其主要的几种缺陷：
    •网络窃听 有时候口令需要通过网络传输，但是很多鉴别系统的口令是未经加密的明文，攻击者只要通过窃听网络数据，就很容易获取鉴别所需的用户名和口令。
    •重放攻击 有的系统会将鉴别信息进行简单加密后进行传输，这时攻击者虽然无法窃听密码，但他们却可以首先截取加密后的口令然后将其重放，从而利用这种方式进行有效的攻击。
    •字典攻击 由于多数用户习惯使用有意义的单词或数字作为密码，某些攻击者会使用字典中的单词来尝试用户的密码。所以大多数系统都建议用户在口令中加入特殊字符，以增加口令的安全性。
    •强力攻击 这是一种特殊的字典攻击，它使用字符串的全集作为字典，即穷举所有可能的口令空间。这需要很大的耐心和巨大的工作量以及一点运气。然而，若用户的密码较短，那么它很快就会被穷举出来，因而很多系统都建议用户使用长口令。
    •窥探 攻击者利用与被攻击系统接近的机会，安装监视器或亲自窥探合法用户输入口令的过程，以得到口令。对于后者，根本不需要特别的技术或设备，只要眼睛不是近视得太夸张，需要的仅是静悄悄的站在您的身后，就可以轻松实施攻击。
    •社交工程 攻击者冒充管理人员发送邮件或打电话给合法用户，比如“我是某某单位的系统管理员，现在需要更新所有用户的密码，请将您原来使用的口令告诉我。”这种情况下，许多经验不足的用户会毫不犹豫地将其口令奉上。
    •垃圾搜索 攻击者通过搜索被攻击者的废弃物，得到与攻击系统有关的信息，如果用户将口令写在纸上又随便丢弃，则很容易成为垃圾搜索的攻击对象。有文章报道说，当今的商业间谍流行以清洁工人的身份来搜集情报，一方面清洁工人不太引起人们的注意，同时工作起来特顺手。
    虽然可以通过强迫用户经常更换密码和增加密码长度来保证安全，但由于人类天性懒惰的缘故，经常更换难以记忆的密码会让他们感觉很不舒服，这时难保他们不会将口令写到小纸条上并置于键盘之下（若系统管理员看到了会气得在地上打滚）。所以说实施某项安全措施时，必须考虑到来自用户的阻力。
二、一次性口令技术
    仅从字面上理解，一次性口令技术好像要求用户每次使用时都要输入一个新的口令，但事实正相反，用户所使用的仍然是同一个重复使用的口令。要想弄清这是怎么回事，让我们先从一次性口令技术的工作原理谈起。
    首先，在用户和远程服务器之间建立一个秘密——相当于传统口令技术当中的“口令”，该秘密在此被称为“通行短语”。同时，它们之间还应具备一种相同的“计算器”，该计算器实际上是某种算法的硬件或软件实现，它的作用是生成一次性口令（见下文）。当用户向服务器发出连接请求时，服务器向用户提出挑战（challenge）。挑战通常是由两部分组成的一个字符串。挑战的一部分是种子值（seed），它是分配给用户的在系统内具有唯一性的一个数值，也就是说，一个种子对应于一个用户，同时它是非保密的；而另一部分是迭代值（iteration），它是服务器临时产生的一个数值，与通行短语和种子值不同的是它总是不断变化的。用户收到挑战后，将种子值，迭代值和通行短语输入到“计算器”中进行计算，并把结果作为回答返回服务器。服务器暂存从用户那里收到回答，因为它也知道用户的通行短语，所以它能计算出用户正确的回答，通过比较就可以核实用户的确切身份。

    只要计算器足够复杂，就很难从中提取出原始的通行短语，从而有效地抵御了网络窃听攻击。又因为迭代值总是不断变化的，比如每当身份认证成功时，将用户的迭代值自动减1，这使得下一次用户登录时使用鉴别信息于上次不同（一次性口令技术由此得名），从而有效地阻止了重放攻击。总之，与可重用口令技术的单因子（口令）鉴别不同，一次性口令技术是一种多因子（种子值，迭代值和通行短语）鉴别技术，其中引入的不确定因子使得它更为安全。下面介绍freebsd操作系统下一次性口令系统的实例——opie。
三、freebsd下的opie
    opie的前身是由bellcore研制的基于一次性口令思想的免费身份认证系统s/key。后来，bellcore在s/key的基础上开发了一套商业版本，并将s/key注册为商标。此后，来自其他地方的开发者继续在opie (one-time passwords in everything)的名义下对原来的免费系统进行维护开发。
    freebsd系统管理员是幸运的，因为该系统自身带有otp软件，同时配置起来也比较容易freebsd4。x以及更低版本下，s/key(注：自此及以下出现的s/key都是指免费版的)和opie都随系统同时安装。s/key最初使用des技术作为散列算法，后因安全问题改用md4作为其加密算法。opie与之不同，它使用比s/key的md4更为强壮的md5算法，因此一般认为opie更为安全。freebsd系统从5。0版开始，将逐步停用s/key而仅支持opie。下面开始介绍opie的配置。

四、otp起步
    开始使用opie之前，你必须自己在/etc/opiekeys目录中添加opie数据库。默认时，此数据库为空，这意味着如果运行more命令你只能得到下面的提示符：
bsd#more /etc/opiekeys
/etc/opiekeys： no such file or directory

为添加自己的数据库，可以使用带参数的opiepasswd命令∶
bsd# opiepasswd - c
adding root：
only use this method from the console； never from remote。 if you are using
telnet， xterm， or a dial-in， type ^c now or exit with no password。
then run opiepasswd without the -c parameter。
using md5 to compute responses。
enter new secret pass phrase： /*在此输入通行短语*/

    注意开始部分的警告，当运行opiepasswd - c命令时，你或者坐在你要登录到其上的机器旁边（控制台），要么经由ssh连接到该机器。否则，你的秘密通行短语和一次性口令将以明文文本的形式通过网络发送——很明显，这是一个严重的的安全隐患。接下来在提示符下故意输入一个字符数较短的通行短语如“ace6nm/”，看一下它有何反应：
secret pass phrases must be between 10 and 127 characters long。
enter new secret pass phrase： /*在此输入符合要求的通行短语*/
again new secret pass phrase： /*再次输入以上通行短语*/

    这里我们收到一个警告，因为刚才输入的通行短语太短，按要求通行短语的长度应在10到127个字符之间。此通行短语在概念上于ssh系统中的产生公/私密钥对的通行短语相仿。此通行短语本身并不充当一个口令，而是用来证明我是将root帐户添加到数据库以及有权建立“应答”（或一次性口令）的那个人。从下文可以看到，应答包含六个单词，每个单词由毫无意义的大写字母组成。按照提示输入正确的通行短语之后，屏幕输出如下：
id root otp key is 499 gr9306
aunt clue whom cask hero holt
bsd#
    此时回到命令提示符，我可以再次使用more命令验证opie数据库∶
bsd# more /etc/opiekeys
root 0499 gr9306 4f0d07ed32197333 apr 28，2003 18：22：10
    注意，在数据库中，存在包含我的用户名root的一个登记项，后面跟着计数器( 499)，然后是一个种子值( dh0391)，再后面是一个一次性口令(4f0d07ed32197333)，最后面是登记项增到数据库的日期与时间。对我们来说重要的是计数器和种子值，因为每次通过一次性口令等录时都要用到它们。
如果需要验证我们的计数器和种子值，可用此命令进行∶
bsd# opieinfo
498 gr9306
    opieinfo命令显示下次登录时使用的资料。请注意，下次通过一次性口令登录时的预期应答与“ 498 ”有关，而非关上面more /etc/opiekeys命令中见到的“ 499 ”对应的应答，即4f0d07ed32197333。为得到所预期的应答， 我们需要用到一个otp计算器，实际上就是opiekey命令。
五、登录
   现在，用下面的命令退出本次会话准备重新登录：
bsd#logout
freebsd/i386 (grid.grid.grid) (ttyv0)
login：
    此时我们实际上有两种选择：（1）每次登录时使用某终端上的计算器产生一个应答，或者（2）一次产生一列应答，并以此建立一个应答表，直到将表上的应答用完为止。让我们先从第一方案开始∶
login： root
otp-md5 498 gr9306 ext
password：
    登录时，您会收到了一个otp挑战，其中包含您的种子值和当前的计数器。如今，opie正在等待我们的应答（或一次性口令），很明显该应答与当前计数器498有关。需要说明的是，在默认的情况下，登录时用户能够决定是否使用otp，也就是说如果您在password：提示符下输入您的可重用口令，您将象往常一样登录。
    如果您决定使用otp登录，眼下要做的事便是计算正确的应答。俗话说得好，不管白猫黑猫，只要能逮住老鼠就是好猫；与此相仿，您在哪儿计算应答无关紧要，只要不通过一个非加密网络连接使用计算器就行。因此，您可以使用另一个虚拟终端来产生应答，例如，您能够按alt - f3，在本地登录然后运行计算器；另外，如果您能访问室内另一台计算机，甚至一个运行计算器软件的palm，在那里计算应答也未尝不可。
    利用计算器产生正确的应答时，有三样东西必不可少∶（1）当前计数器，（2）您的种子值和（3）您的秘密通行短语。当前计数器和种子在挑战中出现，实际上他们是公开的，但重要的是您的秘密通行短语只有您本人知道；换句话说，一旦某人得到了您的通行短语，他就能够以您的身份计算应答并且登录——很不幸，您的“嘴脸”并没有深深地烙在计算机的脑海里，除非您使用的是更高级的生物鉴别系统。    现在让我们利用种子值和计数器计算所需要的应答，如下∶
bsd# opiekey 498 gr9306
using the md5 algorithm to compute response。
reminder： dont use opiekey from telnet or dial-in sessions。
enter secret pass phrase： /*在此输入秘密通行短语*/
beam gwyn wart molt wad rudy

   请注意，在按照提示输入秘密通行短语后，我们得到了与计数器498对应的应答∶beam gwyn wart molt wad rudy。现在，让我们继续进行先前未完成的opie登录∶
login： root
otp-md5 498 gr9306 ext
password： /*注意，这里输入回车键而不是可重用口令*/
otp-md5 498 gr9306 ext
password [echo on]： beam gwyn wart molt wad rudy
    这里需要说明的是，不要在password：提示符后键入您的可重用口令，而是按回车键开启echo，这样就允许您看到所键入的应答。但对可重用口令系统来说，echo可绝不是个“好玩意”，所以使用可重用口令时它总是被关闭。然而，对一次性口令技术来说，每次登录时的应答都不相同，所以即使有人看着您输入也不要紧，因为下次它就不可用了。另外，与可重用口令不同的是，该应答不区分大小写，所以无论是大写或小写字母的应答，它都会来者不拒。
    现在如果您运行opieinfo命令的话，您将看到下一个预期应答与计数器497相关。也就是说，每次使用一次性口令登录后，该计数器将自动减1。现在您可以放心地使用了，但一定注意绝不要让您的计数器减少为0，至于为什么，我想不用我说您也一定猜得到。
六、建立密钥表
    就像有人吃苹果时喜欢现吃现洗，而有人则一次把苹果都洗干净，嘴馋时拿过来就往嘴里送一样，并不是所有人都喜欢上面介绍的方法。现在让我们展示第二方法——一次产生多个应答。为此，在使用计算器时，除了需要参数n外，还需要一个数字作为参数，以便指出想一次计算多少个应答。在这里，假设我们想产生10个应答，当前计数器为497，见下面的命令：
bsd# opiekey -n 10 497 gr9306
using the md5 algorithm to compute response。
reminder： dont use opiekey from telnet or dial-in sessions。
enter secret pass phrase：
488： coin lo dog golf acta full
489： sod stun sink draw lawn tilt
490： malt stay mash car debt wast
491： howe dry wall too budd swim
492： root spy bond jest hail scar
493： mean add neon cain lion laud
494： lyle hold high home item mel
495： wick bali may ego ink took
496： rent arm warn arc lice dome
497： lead jag much made none writ
    以上便是备您今后十次登录所需的口令列表。您当然可以为它做一份硬拷贝，比如把它打印到一张纸上，然后将其保存到一个安全的地方。在此强烈建议男士们将其放到您的钱包中，因为携伴外出时，可爱的女士们常常为其男伴的钱包而“揪心”：一则怕其随小偷而去，更重要的是“不知这次他有没有把钱带够呀？”。现在让我们把口令表输出到名为secretlist的文件中∶
bsd# opiekey -n 10 497 gr9306 > secretlist
     接下来您可以打印了，不过请注意，一旦打印完毕，请立刻将该文件从硬盘上抹去，除非您疯狂到要留十个口令副本在硬盘上的地步。
    如果您的计数器小得到了危险的地步，比方说10左右，建议您使用opiepasswd命令重置它。在您连到口令数据库后，可以用带n（数字开关）以及s（种子值开关）而非c开关的opiepasswd命令完成这项工作。比如，您打算将计数器重置为366，同时将您的种子值改为mssp298,假设当前的种子值为7，执行命令时的情形如下∶
bsd# opiepasswd -n 366 -s mssp298
updating root：
you need the response from an otp generator。
old secret pass phrase：
otp-md5 7 gr9306 ext
response： lopt omut sffe erdc jout dxrk
new secret pass phrase：
otp-md5 366 mssp298
response： hdwn as dom mel mcli maln
    此时，有一点您可能感到疑惑：既然在login提示符下既可以用可重用口令登录也可以用一次性口令登录，那么在哪些情况下更应当使用后者呢？如果您正在一个安静的地方使用ssh来登录到远程系统的话，您大可不必使用otp，因为ssh将您的全部信息都加密处理，其中包括您的登录口令。可是，如果您需要在某些“热闹”的场所登录并使用系统的话，比如在嘈杂的候车厅里使用您的笔记本电脑的情形，很可能有一双眼睛正在您的背后密切地注视着您的键盘，这时一次性口令便有了用武之地。也就是说，是否选择使用otp取决于当您登录时口令是否受到外部的威胁。当然，如果您愿意也可以修改默认配置，让freebsd系统强迫用户总是使用otp登录，方法是建立一个称作/etc/opieaccess的文件，但是，通常认为此方法有安全漏洞并且系统也在man opieaccess中给出了警告。
七、结束语
    对于计算机系统，只有经过授权的合法用户才能访问，而问题的关键在于如何正确的鉴别用户的真实身份。用户鉴别，或称用户认证，就是用户向计算机系统以一种安全的方式提交自己的身份证明，然后由系统确认用户的身份是否属实。本文在说明可重用口令技术的缺陷的基础上，介绍了一种更为安全的口令鉴别技术——一次性口令技术及其机制，最后详细介绍了freebsd系统下的opie的使用方法，希望本文对读者的实际工作有所帮助。

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