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HTTP认证模式：Basic&Digest

一. Basic 认证

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客户端以“ : ”连接用户名和密码后，再经BASE64加密通过Authorization请求头发送该密文至服务端进行验证，每次请求都需要重复发送该密文。可见Basic认证过程简单，安全性也低，存在泄露个人账号信息以及其他诸多安全问题。以下仅为原理演示，不代表真实情况：

  1. 客户端向服务器请求数据:

    GET / HTTP/1.1
    Host: www.myrealm.com

  2. 服务端向客户端发送验证请求401：

    HTTP/1.1 401 Unauthorised
    Server: bfe/1.0.8.18
    WWW-Authenticate: Basic realm="myrealm.com"
    Content-Type: text/html; charset=utf-8

  3. 客户端收到401返回值后，将自动弹出一个登录窗口，等待用户输入用户名和密码

  4. 将“用户名:密码”进行BASE64加密后发送服务端进行验证：

    GET / HTTP/1.1
    Host: www.myrealm.com
    Authorization: Basic xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

  5. 服务端取出Authorization请求头信息进行解密，并与用户数据库进行对比判断是否合法，合法将返回200 OK。RFC 2617 规格中Basic认证不发送Authentication-Info头部，Authentication-Info头部是Digest认证中新增的

HTTP认证模式：Basic & Digest

 1 Hello {$_SERVER['PHP_AUTH_USER']}.
"; 9     echo "
You entered {$_SERVER['PHP_AUTH_PW']} as your password.
";10   }

HTTP认证模式：Basic & Digest

  

二. Digest 认证

Digest认证试图解决Basic认证的诸多缺陷而设计，用户密码在整个认证过程中是个关键性要素。

下为服务端发送的Digest认证响应头部实例及各指令含义说明：PHP官方文档中发送WWW-Authenticate头部时各指令之间用了空格，在Chrome下是不会弹出认证对话框的，应该换成”, “或”,“

WWW-Authenticate: Digest realm="Restricted area", qop="auth,auth-int", nonce="58e8e52922398", opaque="cdce8a5c95a1427d74df7acbf41c9ce0", algorithm="MD5"

  • WWW-Authenticate：服务端发送的认证质询头部

  • Authentication-Info：服务端发送的认证响应头部，包含nextnonce、rspauth响应摘要等

  • realm：授权域，至少应该包含主机名

  • domain：授权访问URIs列表，项与项之间以空格符分隔

  • qop：质量保护，值为auth或auth-int或[token]，auth-int包含对实体主体做完整性校验

  • nonce：服务端产生的随机数，用于增加摘要生成的复杂性，从而增加破解密码的难度，防范“中间人”与“恶意服务器”等***类型，这是相对于不使用该指令而言的；另外，nonce本身可用于防止重放***，用于实现服务端对客户端的认证。RFC 2617 建议采用这个随机数计算公式：nonce = BASE64(time-stamp MD5(time-stamp “:” ETag “:” private-key))，服务端可以决定这种nonce时间有效性，ETag(URL对应的资源Entity Tag，在CGI编程中通常需要自行生成ETag和鉴别，可用于鉴别URL对应的资源是否改变，区分不同语言、Session、Cookie等)可以防止对已更新资源版本(未更新无效，故需要设定nonce有效期)的重放请求，private-key为服务端私有key

  • opaque：这是一个不透明的数据字符串，在盘问中发送给客户端，客户端会将这个数据字符串再发送回服务端器。如果需要在服务端和客户端之间维护一些状态，用nonce来维护状态数据是一种更容易也更安全的实现方式

  • stale：nonce过期标志，值为true或false

  • algorithm：摘要算法，值为MD5或MD5-sess或[token]，默认为MD5

下为客户端发送的Digest认证头请求部实例及各指令含义说明：

Authorization: Digest username="somename", realm="Restricted area", nonce="58e8e52922398", uri="/t.php", response="9c839dde909d270bc5b901c7f80f77d5", opaque="cdce8a5c95a1427d74df7acbf41c9ce0", qop="auth", nc=00000001, cnonce="9c30405c3a67a259"

  • cnonce：客户端产生的随机数，用于客户端对服务器的认证。由于“中间人”与“恶意服务器”等***方式的存在，导致一个特意选择而非随机唯一的nonce值传给客户端用于摘要的计算成为可能，使得“选择性明文***”可能奏效，最后用户密码泄露。因此与nonce一样，cnonce可用于增加摘要生成的复杂性，从而增加破解密码的难度，也就保证了对服务端的认证

    The countermeasure against this attack(选择明文***) is for clients to be configured to require the use of the optional "cnonce" directive;this allows the client to vary the input to the hash in a way not chosen by the attacker.

     

  • nc：当服务端开启qop时，客户端才需要发送nc(nonce-count)。服务端能够通过维护nc来检测用当前nonce标记的请求重放。如果相同的nc出现在用当前nonce标记的两次请求中，那么这两次请求即为重复请求。所以对于防止重放***而言，除了nonce之外，nc才是最后的保障。因此服务端除了维护用户账号信息之外，还需要维护nonce和nc的关联状态数据

下面将就摘要计算方法进行说明： 

  1. 算法的一般性表示

    H(data) = MD5(data)
KD(secret, data) = H(concat(secret, ":", data))

  2. 与安全信息相关的数据用A1表示，则

    a) 采用MD5算法：
    A1=(user):(realm):(password)
b) 采用MD5-sess算法：
    A1=H((user):(realm):(password)):nonce:cnonce

  3. 与安全信息无关的数据用A2表示，则

    a) QoP为auth或未定义：
    A2=(request-method):(uri-directive-value)
b) QoP为auth-int：
    A2=(request-method):(uri-directive-value):H((entity-body))

  4. 摘要值用response表示，则

    HTTP认证模式：Basic & Digest

    a) 若qop没有定义：
    response
    = KD(H(A1),:H(A2))
    = H(H(A1),:H(A2))
b) 若qop为auth或auth-int:
    response
    = KD(H(A1),::::H(A2))
    = H(H(A1),::::H(A2))

    HTTP认证模式：Basic & Digest

     

三. 安全风险

  • 在线字典***(Online dictionary attacks)：***者可以尝试用包含口令的字典进行模拟计算response，然后与窃听到的任何nonce / response对进行对比，若结果一致则***成功。为应对针对弱口令的字典***，降低***成功的可能性，可以禁止用户使用弱口令

  • 中间人(Man in the Middle)：在一次中间人***中，一个弱认证方案被添加并提供给客户端，因此你总是应该从多个备选认证方案中选择使用最强的那一个；甚至中间人可能以Basic认证替换掉服务端提供的Digest认证，从而窃取到用户的安全凭证，然后中间人可利用该凭证去响应服务端的Digest认证盘问；***者还可能打着免费缓存代理服务的幌子来招揽轻信者，通过实施中间人***，盗取他们的安全凭证；中间代理也可能诱导客户端来发送一个请求给服务端。为此，客户端可考虑给出安全等级风险警示，或在跟踪服务端的认证配置时发现其认证强度降低就发出警告，或配置成只使用强认证，或从指定站点来完成认证

  • 预先计算字典***(Precomputed dictionary attacks)：***者先构建(response, password) 对字典，然后用选择性明文(nonce)***的办法来获得相应盘问的response，检索字典找到匹配的response则***成功

  • 批量式暴力***(Batch brute force attacks)：中间人会对多个用户执行选择性明文***来搜集相应的responses，通过控制搜集的nonce / response对的数量将会缩短找到第一个password的耗时，这种***的应对之策就是要求客户端使用cnonce指令

  • 假冒服务器欺骗(Spoofing by Counterfeit Servers)：对于Basic认证，这种***方式更容易奏效，对于Digest认证则更难，但前提是客户端必须知道将要使用的是Digest认证。用户在所使用的认证机制中如何发现这一潜在***样式应该得到可见的帮助


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