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[정보보안] Kerberos

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By Jiho Lee
7 분읽는 시간
[정보보안] Kerberos

다음은 정보보안에서 케베로스에 관한 이야기이다.

1. Kerberos 개요 및 특징

정의 및 유래

kerberos

  • Kerberos는 그리스 신화에서 하데스의 입구를 지키는 머리가 3개 달린 개의 이름에서 유래했다.
  • 보안 분야에서 Kerberos는 대칭 키 암호화를 기반으로 하는 인증 프로토콜이다.
  • 이 프로토콜은 MIT(매사추세츠 공과대학)에서 시작되었으며, Needham과 Schroeder의 연구를 기반으로 한다.
  • Kerberos는 싱글 사인온(single sign-on) 기능을 제공하는 실세계 프로토콜 중 하나다.

확장성 및 구조

  • Kerberos는 신뢰할 수 있는 제3자(TTP, Trusted Third Party)인 KDC(Key Distribution Center)에 의존한다.
  • KDC는 TTP 역할을 수행하므로 보안이 유지되어야 하며 훼손되어서는 안된다..
  • 일반적인 대칭 키 인증은 $N$명의 사용자에게 약 $N^2$개의 키가 필요하지만, Kerberos는 대칭 키를 기반으로 하면서도 $N$명의 사용자에게 $N$개의 키만 필요로 한다.
  • Kerberos를 사용하면 PKI(공개 키 인프라)가 필요하지 않으며, 보안은 KDC(TTP)에 의존한다.

키 관리

kerberos_key

  • KDC는 각 사용자(Alice, Bob, Carol 등)와 각각 대칭 키($K_A$, $K_B$, $K_C$ 등)를 공유한다.
  • KDC는 오직 자신만이 아는 마스터 키 $K_{KDC}$를 가지고 있다.
  • KDC는 인증을 가능하게 하고, 기밀성 및 무결성을 위한 세션 키 설정을 가능하게 한다.

2. Kerberos 프로토콜의 3단계 과정

Kerberos는 사용자가 네트워크 자원에 접근하기 위해 TGT(Ticket-Granting Ticket)를 획득하고, 이를 사용하여 특정 서버(Bob)와의 세션 키를 설정하는 3단계로 진행된다.

1단계: 로그인 및 TGT(Ticket-Granting Ticket) 획득

  1. 패스워드 입력: Alice가 자신의 패스워드를 입력한다.
  2. $K_A$ 도출: Alice의 컴퓨터는 패스워드로부터 Alice의 키인 $K_A$를 도출한다.
  3. TGT 요청: Alice의 컴퓨터는 $K_A$를 사용하여 KDC로부터 Alice를 위한 TGT를 요청한다.
  4. KDC 응답:
    • KDC는 세션 키 $S_A$를 생성합니다.
    • KDC는 $E(S_A, \text{TGT}, K_A)$를 Alice에게 보냅니다.
  5. TGT 정의: TGT 자체는 $E(\text{“Alice”}, S_A, K_{KDC})$로 암호화됩니다. TGT는 $K_{KDC}$로 암호화되어 오직 KDC만이 읽을 수 있다.
  6. TGT 정보: TGT는 세션 키, 사용자 ID, 만료 시간을 포함한다.
  7. $K_A$ 삭제: Alice의 컴퓨터는 $S_A$와 TGT를 복호화한 후, $K_A$를 잊어버린다.

참고: $E(\text{TGT}, K_A)$가 추가적인 보안을 제공하지 않음에도 불구하고 TGT를 $K_A$로 암호화하는 것은 불필요한 작업이라는 지적이 있다.

2단계: Bob과의 통신을 위한 티켓 요청

  1. 요청 (REQUEST): Alice가 Bob과 통신하기를 원할 때, KDC에게 REQUEST를 보낸다.
  2. REQUEST 구성: REQUEST는 (TGT, authenticator)로 구성된다.
  3. Authenticator: $\text{authenticator} = E(\text{timestamp}, S_A)$ 다.
  4. KDC 검증: KDC는 TGT로부터 $S_A$를 얻어 타임스탬프를 검증한다.
  5. 응답 (REPLY): KDC는 Alice에게 REPLY를 보낸다.
  6. REPLY 구성: $\text{REPLY} = E(\text{“Bob”}, K_{AB}, \text{ticket to Bob}, S_A)$ 입니다. 여기서 $K_{AB}$는 Alice와 Bob 사이의 세션 키다.
  7. Ticket to Bob 정의: $\text{ticket to Bob} = E(\text{“Alice”}, K_{AB}, K_B)$ 다.

3단계: Bob에게 티켓을 사용하여 접근

  1. Bob에게 전송: Alice는 Bob에게 ticket to Bob과 새로운 authenticator를 보낸다.
  2. Authenticator: $\text{authenticator} = E(\text{timestamp}, K_{AB})$ 다.
  3. Bob의 세션 키 획득: Bob은 자신의 키 $K_B$를 사용하여 “ticket to Bob”을 복호화하고, 이로써 세션 키 $K_{AB}$를 얻는다.
  4. 검증: Bob은 $K_{AB}$를 사용하여 $\text{authenticator}$의 타임스탬프를 검증한다.

3. Kerberos의 보안 및 설계 원칙

  • 타임스탬프 사용: Kerberos는 인증 및 재전송 공격 방지(replay protection)를 위해 타임스탬프를 사용한다. 타임스탬프는 미리 알려진 논스(nonce)와 유사하여 메시지 수를 줄이지만, ‘시간’ 자체가 보안에 중요한 매개변수가 된다.
  • 투명성: 일단 Alice가 로그인하면, 이후 네트워크 자원에 안전하게 접근하는 과정은 Alice에게 투명하게 이루어진다.
  • 상태 비저장 KDC (Stateless KDC): Kerberos의 주요 특징은 KDC가 상태 비저장(stateless)이라는 것이다. KDC가 세션 키를 기억하는 대신 TGT에 넣어 보내는 것은 KDC의 상태 비저장성을 유지하기 위함이다. 만약 KDC가 세션 키를 기억한다면 TGT가 필요 없을 수도 있다.
  • 티켓 전달 이유: “ticket to Bob”이 KDC에서 Bob에게 직접 전송되지 않고 Alice에게 전송되는 이유 역시 KDC의 상태 비저장성 유지와 관련이 있다.
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