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Authentisierungsprotokolle

Durch die Authentifizierung wird die wahre Identität eines Nutzers/Person/Rechners/Programms an Hand eines bestimmten Merkmals, z.B. dem Fingerabdruck oder Passwort überprüft.

Motivation
PPP Point to Point Protokoll
S/Key Einmalige Schlüsselverwaltung
RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) Loginverwaltung bei RAS-Einwählen
Kerberos
TACACS+

PPP
Das Point-to-Point Protocol (PPP) ist ein Protokoll zum Verbindungsaufbau über Wählleitungen (zumeist über Modem oder ISDN).
Das Protokoll PPP hat sich im WAN bezüglich der Einkapselung gegenüber dem HDLC-Verfahren durchgesetzt.
Es wird meistens zur Kapselung von Datagrammen (Paketen) in Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eingesetzt.
PPP besitzt drei Komponenten:
1. Methode zur Kapselung von Datagrammen über serielle Verbindungen (z.B. Einwahl in ISP)
2. Ein Link Control Protocol (LCP) für Einrichtung, Konfiguration und Test der Daten-Link-Verbindung
3. Eine Suite von Network Control Protocols (NCP) zur Einrichtung und Konfiguration von Protokollen für verschiedene Netzwerkschichten

Zur Einrichtung der Kommunikation muss jedes Ende einer PPP-Verbindung zunächst LCP-Pakete senden, um die Datenverbindung während der Einrichtungsphase zu konfigurieren. Nachdem die Verbindung etabliert wurde, ist eine optionale Authentisierungsphase vorgesehen, bevor es mit der Netzwerkschicht-Protokollphase weitergeht. Wird diese Authentisierung gewünscht, so wird während der Verbindung die Konfigurationsoption für das Authentisierungsprotokoll (z.B. PAP, CHAP, …) festgelegt. Solche Protokolle arbeiten hauptsächlich auf Hosts und Routern, sind aber ebenfalls auf Standleitungen möglich.

PAP - Authentifikation (Password Authentication Protocol)
Bei dieser Methode der Authentifikation wird nur der Anrufer authentifiziert und Kennwörter im Klartext über die bestehende Verbindung gesendet und zwar nur am Anfang der Verbindung.
PAP bietet ebenfalls keinen Schutz gegen Playback und wiederholte Try-and-Error-Angriffe. Dabei hat der Router die Kontrolle über Häufigkeit und zeitliche Abfolge der Versuche.

CHAP - Authentifikation (Challenge Handshake Protocol)
CHAP wird hingegen eingesetzt, um kontinuierlich die Identität eines Hosts oder Endbenutzers über ein Dreiwege-Handshake zu überprüfen. Dies wird beim Verbindungsaufbau vorgenommen und kann danach jederzeit wiederholt werden.
Das Passwort wird als MD4 Hasch übertragen.
Entgegen PAP ermöglicht CHAP den Schutz gegen Playback-Angriffe durch die Verwendung eines inkrementell geänderten Kennzeichens und eines variablen Challenge-Wertes.
Die Verwendung wiederholter Challenge-Nachrichteninhalte soll die Dauer des Risikos von Einzelattacken weiter begrenzen.
Der RAS hat die Kontrolle über Häufigkeit und den zeitlichen Ablauf der Challenge-Nachricht.

PAP & CHAP
PAP und CHAP sind Methoden zur Authentisierung einer PPP-Verbindung.
Gegenüber PAP ist CHAP sicherer, da das eigentliche Kennwort nicht über die PPP-Verbindung geschickt wird.
PAP ist jedoch weiter verbreitet als CHAP.

In der nächsten Abbildung sieht man den Router, der in diesem Szenario ebenfalls versucht sich beim RAS anzumelden. CHAP erreicht die Netzwerksicherheit allerdings dadurch, dass allen Routern gemeinsame Geheiminformationen im Klartext zur Verfügung gestellt werden. Diese Geheiminformationen werden dabei niemals über die Leitung übertragen.
Nach Beendigung der Verbindungsaufbauphase sendet die Authentisierungsstelle RAS eine Challenge-Nachricht an den Router. Diese Nachricht besteht aus einer ID, einer Zufallszahl und entweder dem Hostnamen des lokalen Geräts oder dem Namen des Benutzers am Remote Device (in diesem Fall der Name des RAS; siehe Bild).
Der Router berechnet anschließend einen Wert mit Hilfe einer Einweg-Hash-Funktion. Die ID, Zufallszahl und das gemeinsame Geheimpasswort PLEASE werden zusammengefasst und als Eingabe für die Einweg-Hash-Funktion verwendet.

Anschließend sendet der Router die Challenge-Antwort, die aus dem Hash-Wert und entweder dem Hostnamen des Remote Remote Device oder dem Namen des Benutzers am Remote Device besteht.
Wenn der RAS die Challenge-Antwort erhält, verifiziert er das Geheimpasswort, indem er auf den Namen aus der Antwort dieselbe Verschlüsselungsoperation anwendet. Das Ergebnis wird durch Vergleich mit dem selben Hash-Wert kontrolliert. Wenn die Werte übereinstimmen, bestätigt der RAS die Authentisierung und sendet eine Erfolgsmeldung, worauf das Link Control Protocol LCP die Verbindung etabliert.
. Die geheimen Passwörter auf den jeweiligen Geräten müssen natürlich identisch sein. Da diese Information nicht übermittelt wird, können andere Geräte die Passwörter nicht abhören, um sich illegalen Zugang zum System zu verschaffen.

MSCHAP
Microsoft Challenge-Handshake Authentication-Protokoll ist ein verschlüsseltes Authentisierungsverfahren, das ähnlich wie CHAP arbeitet. Auch hier sendet man eine Herausforderung (Challenge), bestehend aus einer Sitzungs-ID und einem zufälligen Herausforderungsstring, an den Remote-Client. Der Remote-Client muss den Benutzernamen und ein Hash, bestehend aus dem Herausforderungsstring, der Sitzungs-ID und dem MD4-hashcodierten Kennwort, zurückgeben. Diese Konstruktion, bei der ein Hash des hashcodierten Kennwortes bearbeitet wird, schafft eine zusätzliche Sicherheitsstufe, da so auf dem Server hashcodierte Kennwörter anstelle von Klartext- Kennwörtern gespeichert werden können.
MS-CHAP bietet auch weitere Fehlercodes, einschließlich eines "Kennwort abgelaufen“- Codes, und zusätzliche verschlüsselte Client-Server-Meldungen, die es Benutzern ermöglichen, das Kennwort zu ändern. In MS-CHAP erzeugen Client und RAS unabhängig voneinander einen Anfangsschlüssel für die spätere Datenverschlüsselung durch MPPE. Daher ist MS-CHAPAuthentisierung eine notwendige Voraussetzung für die MPPEbasierte Datenverschlüsselung. In Phase 2 der Konfiguration der PPP-Verbindung sammelt der RAS die Authentisierungsdaten. Anschließend überprüft er sie mit seiner eigenen Benutzerdatenbank oder mit einem zentralen Authentisierungsdatenbankserver, wie er beispielsweise von einem primären Domänencontroller (PDC) für Microsoft vorliegt.

PPP Ablauf
PPP kapselt IP, IPX und NetBEUI-Pakete in PPP-Rahmen und überträgt dann die PPP-gekapselten Pakete über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. PPP wird zwischen einem DFÜ-Client und einem Access-Server, z.B. eines Unternehmens, eingesetzt.
In einer PPP-basierten DFÜ-Sitzung werden vier Aushandlungsphasen unterschieden. Alle vier müssen erfolgreich beendet worden sein, bevor die PPP-Verbindung Benutzerdaten übertragen kann:
1. Herstellen der PPP-Verbindung
2. Benutzerauthentisierung
3. PPP-Rückrufsteuerung
4. Starten der NCP

• Phase 1: Herstellung der PPP-Verbindung
  – PPP verwendet LCP für das Einrichten, die Verwaltung und die Terminierung der physischen Verbindung.
  – Anfangsphase Auswahl der Kommunikationsoptionen
  – Authentisierung´sphase Auswahl der Authentisierungsprotokolle
  – Verbindungsphase Implementierung der Authentisierungsprotokolle (Auswahl der Komprimierungsund Verschlüsselungsalgorithmen)
   
• Phase 2: BenutzerAuthentisierung
  . Der Client-PC kommuniziert die Anmeldeinformationen an den RAS-Server
  . Ein Replay-Angriff (Wiederholungsangriff) tritt auf, wenn ein Dritter eine erfolgreiche Verbindung überwacht, Pakete sammelt und diese verwendet, um die Antworten des Remote- Client zu wiederholen um sich dadurch eine authentifizierte Verbindung zu verschaffen.
  . Von einer Imitation des Remote-Client wird gesprochen, wenn ein Dritter eine authentifizierte Verbindung übernimmt. Der Eindringling wartet, bis die Verbindung authentifiziert wurde, fängt dann die Konversationsparameter ab, trennt die Verbindung des authentifizierten Benutzers und übernimmt
  dann selbst die authentifizierte Verbindung.
  Die meisten PPP-Implementierungen bieten PAP, CHAP und das Microsoft Challenge-Handshake Authentication-Protokoll (MSCHAP).
  PAP ist ein einfaches Klartext-Authentisierungsverfahren. Benutzername und Kennwort werden angefordert, und PAP gibt beide als Klartext (unverschlüsselt) zurück.
  Ein Dritter kann ohne weiteres Benutzername und Kennwort abfangen und verwenden, um selbst Zugriff zu erhalten. PAP
  bietet keinen Schutz vor Wiederholungsangriffen oder Imitationen des Remote-Client, sobald das Kennwort des Benutzers bekannt ist.
  . CHAP ist ein verschlüsseltes Authentisierungsverfahren, bei dem das Kennwort nicht auf der Verbindung übertragen wird. Es wird eine Herausforderung (Challenge), bestehend aus einer Sitzungs-ID und einem zufälligen Herausforderungsstring, an den Remote-Client gesendet. Der Remote-Client muss unter Verwendung eines Hashing-Algorithmus den Benutzernamen sowie die verschlüsselte Herausforderung, Sitzungs-ID und das Kennwort des Clients zurückgeben. Der Benutzername wird im Klartext übertragen, was aber nicht gefährlich ist.
  
  CHAP ist eine Weiterentwicklung von PAP. Bei CHAP wird das Klartextkennwort nicht über die Verbindung übertragen. Stattdessen wird das Kennwort verwendet, um aus der ursprünglichen Herausforderung ein verschlüsseltes Hash zu erstellen.
  . Der Server kennt das Klartextkennwort des Benutzers und kann daher die Operation replizieren und das Ergebnis mit dem Kennwort vergleichen, das in der Antwort des Clients gesendet wurde.
  . CHAP schützt vor Wiederholungsangriffen, indem bei jedem Authentisierungsversuch ein zufälliger Herausforderungsstring verwendet wird.
  . CHAP schützt vor Imitationen des Remote-Client, indem in nicht vorhersehbarer Weise während der gesamten Verbindungszeit wiederholt Herausforderungen (Challenges) an den Remote-Client gesendet werden.
   
• Phase 3: PPP-Rückrufsteuerung
  . Die PPP-Implementierung von Microsoft schließt eine optionale Rückrufsteuerungsphase ein. In dieser Phase wird das Callback Control-Protokoll (CBCP) unmittelbar nach der Authentisierungsphase verwendet.
  . Wurde der Rückruf konfiguriert, so trennen nach der Authentisierung Remote-Client und Router die Verbindung. Der Router ruft dann den Remote-Client unter einer festgelegten Telefonnummer zurück. So wird eine zusätzliche Sicherheitsstufe für DFÜ-Netzwerkverbindungen geschaffen. Der Router gestattet Verbindungen von Remote-Clients nur von bestimmten, vorher festgelegten Telefonnummern.
   
• Phase 4: Starten der NCP
  . Sobald die vorangehenden Phasen abgeschlossen sind, startet PPP die verschiedenen Schicht-3-Protokolle (Network Control Protocols, NCPs), die in Phase 1 (Herstellung der PPPVerbindung) ausgewählt wurden, um die vom Remote-Client verwendeten Protokolle zu konfigurieren. Beispielsweise kann das IP Control-Protokoll (IPCP) dem DFÜ-Benutzer eine dynamische Adresse zuweisen. In der PPP-Implementierung von Microsoft wird das Komprimierungssteuerungsprotokoll verwendet, um die Datenkomprimierung (mit MPPC) und Datenverschlüsselung (mit MPPE) auszuhandeln, da beide in derselben Routine implementiert wurden.
  Sobald die vier Aushandlungsphasen abgeschlossen sind, beginnt PPP damit, Daten zwischen den beiden Peers weiterzuleiten. Jedes übertragene Datenpaket wird in einen PPP-Header eingeschlossen, der vom empfangenden System entfernt wird.
  . Wurde Datenkomprimierung in Phase 1 ausgewählt und später ausgehandelt, so werden die Daten vor der Übertragung komprimiert.
  . Wenn Datenverschlüsselung ausgewählt und ausgehandelt wurde, werden die Daten vor der Übertragung verschlüsselt.

TACACS+ (RFC 1492)
. TACACS (Terminal Access Controller Access Control System) ist ein einfaches Zugangssteuerungsprotokoll auf UDP-Basis, welches ursprünglich von Bolt, Beranek und Newman (BBN Inc.) für das Military Network (MILNET) entwickelt wurde.
. TACACS verwendet inzwischen TCP zum Datentransport. Der zugewiesene Login-Port für UDP bzw. TCP besitzt die Nummer
49 und sollte auf den Befehl listen reagieren.
. TACACS+, die jüngste Generation von TACACS, ist ein Client/Server-Protokoll, welches sich normalerweise in ein RAS (Client) und Dämonprozess auf einem Unix- oder NT/2000-Computer (Server) aufteilt.
. Dabei werden grundsätzlich Authentisierung, Autorisierung und Accounting (AAA) voneinander getrennt. Dies ermöglicht, einen Austausch der Authentisierung mit beliebigen Inhalten und beliebiger Länge. Dadurch kann jeder Authentisierungsmechanismus mit dem TACACS-Client verwendet werden. Dazu zählen beispielsweise PPP-PAP, PPPCHAP, Token-Typen und Kerberos.

http://www.teco.edu/~zimmer/vpn/node9.html