NTLM user authentication

This article provides some information about NTLM user authentication.

Original product version: В Windows Server 2012 R2
Original KB number: В 102716

Summary

This article discusses the following aspects of NTLM user authentication in Windows:

• Password storage in the account database
• User authentication by using the MSV1_0 authentication package
• Pass-through authentication

More information

Password storage in the account database

User records are stored in the security accounts manager (SAM) database or in the Active Directory database. Each user account is associated with two passwords: the LAN Manager-compatible password and the Windows password. Each password is encrypted and stored in the SAM database or in the Active Directory database.

The LAN Manager-compatible password is compatible with the password that is used by LAN Manager. This password is based on the original equipment manufacturer (OEM) character set. This password is not case-sensitive and can be up to 14 characters long. The OWF version of this password is also known as the LAN Manager OWF or ESTD version. This password is computed by using DES encryption to encrypt a constant with the clear text password. The LAN Manager OWF password is 16 bytes long. The first 7 bytes of the clear text password are used to compute the first 8 bytes of the LAN Manager OWF password. The second 7 bytes of the clear text password are used to computer the second 8 bytes of the LAN Manager OWF password.

The Windows password is based on the Unicode character set. This password is case-sensitive and can be up to 128 characters long. The OWF version of this password is also known as the Windows OWF password. This password is computed by using the RSA MD-4 encryption algorithm. This algorithm computes a 16-byte digest of a variable-length string of clear text password bytes.

Any user account might lack either the LAN Manager password or the Windows password. However, every attempt is made to maintain both versions of the password.

For example, if the user account is ported from a LAN Manager UAS database by using PortUas, or if the password is changed from a LAN Manager client or from a Windows for Workgroups client, only the LAN Manager version of the password will exist. If the password is set or changed on a Windows client, and the password has no LAN Manager representation, only the Windows version of the password will exist. (The password might have no LAN Manager representation because the password is longer than 14 characters or because the characters cannot be represented in the OEM character set.)

User interface limits in Windows do not let Windows passwords exceed 14 characters. The implications of this limitation are discussed later in this article.

In Windows 2000 Service Pack 2 and in later versions of Windows, a setting is available that lets you prevent Windows from storing a LAN Manager hash of your password. For more information, check the following article number to view the article in the Microsoft Knowledge Base:

299656 How to prevent Windows from storing a LAN manager hash of your password in Active Directory and local SAM databases

Microsoft does not support manually or programmatically altering the SAM database.

User authentication by using the MSV1_0 authentication package

Windows uses the LsaLogonUser API for all kinds of user authentications. The LsaLogonUser API authenticates users by calling an authentication package. By default, LsaLogonUser calls the MSV1_0 (MSV) authentication package. This package is included with Windows NT. The MSV authentication package stores user records in the SAM database. This package supports pass-through authentication of users in other domains by using the Netlogon service.

Internally, the MSV authentication package is divided into two parts. The first part of the MSV authentication package runs on the computer that is being connected to. The second part runs on the computer that contains the user account. When both parts run on the same computer, the first part of the MSV authentication package calls the second part without involving the Netlogon service. The first part of the MSV authentication package recognizes that pass-through authentication is required because the domain name that is passed is not its own domain name. When pass-through authentication is required, MSV passes the request to the Netlogon service. The Netlogon service then routes the request to the Netlogon service on the destination computer. In turn, the Netlogon service passes the request to the other part of the MSV authentication package on that computer.

LsaLogonUser supports interactive logons, service logons, and network logons. In the MSV authentication package, all forms of logon pass the name of the user account, the name of the domain that contains the user account, and some function of the user’s password. The different kinds of logon represent the password differently when they pass it to LsaLogonUser.

For interactive logons, batch logons, and service logons, the logon client is on the computer that is running the first part of the MSV authentication package. In this case, the clear-text password is passed to LsaLogonUser and to the first part of the MSV authentication package. For service logons and batch logons, the Service Control Manager and the Task Scheduler provide a more secure way of storing the account’s credentials.

The first part of the MSV authentication package converts the clear-text password both to a LAN Manager OWF password and to a Windows NT OWF password. Then, the first part of the package passes the clear-text password either to the NetLogon service or to the second part of the package. The second part then queries the SAM database for the OWF passwords and makes sure that they are identical.

For network logons, the client that connects to the computer was previously given a 16-byte challenge, or «nonce.» If the client is a LAN Manager client, the client computed a 24-byte challenge response by encrypting the 16-byte challenge with the 16-byte LAN Manager OWF password. The LAN Manager client then passes this «LAN Manager Challenge Response» to the server. If the client is a Windows client, a «Windows NT Challenge Response» is computed by using the same algorithm. However, the Windows client uses the 16-byte Windows OWF data instead of the LAN Manager OWF data. The Windows client then passes both the LAN Manager Challenge Response and the Windows NT Challenge Response to the server. In either case, the server authenticates the user by passing all the following to the LsaLogonUser API:

• The domain name
• The user name
• The original challenge
• The LAN Manager Challenge Response
• The optional Windows NT Challenge Response

The first part of the MSV authentication package passes this information unchanged to the second part. First, the second part queries the OWF passwords from the SAM database or from the Active Directory database. Then, the second part computes the challenge response by using the OWF password from the database and the challenge that was passed in. The second part then compares the computed challenge response to passed-in challenge response.

NTLMv2 also lets the client send a challenge together with the use of session keys that help reduce the risk of common attacks.

As mentioned earlier, either version of the password might be missing from the SAM database or from the Active Directory database. Also, either version of the password might be missing from the call to LsaLogonUser. If both the Windows version of password from the SAM database and the Windows version of the password from LsaLogonUser are available, they both are used. Otherwise, the LAN Manager version of the password is used for comparison. This rule helps enforce case sensitivity when network logons occur from Windows to Windows. This rule also allows for backward compatibility.

Pass-through authentication

The NetLogon service implements pass-through authentication. It performs the following functions:

• Selects the domain to pass the authentication request to.
• Selects the server within the domain.
• Passes the authentication request through to the selected server.

Selecting the domain is straightforward. The domain name is passed to LsaLogonUser. The domain name is processed as follows:

• If the domain name matches the name of the SAM database, the authentication is processed on that computer. On a Windows workstation that is a member of a domain, the name of the SAM database is considered to be the name of the computer. On an Active Directory domain controller, the name of the account database is the name of the domain. On a computer that isn’t a member of a domain, all logons process requests locally.
• If the specified domain name is trusted by this domain, the authentication request is passed through to the trusted domain. On Active Directory domain controllers, the list of trusted domains is easily available. On a member of a Windows domain, the request is always passed through to the primary domain of the workstation, letting the primary domain determine whether the specified domain is trusted.
• If the domain name specified is not trusted by the domain, the authentication request is processed on the computer being connected to as if the domain name specified were that domain name. NetLogon doesn’t differentiate between a nonexistent domain, an untrusted domain, and an incorrectly typed domain name.

NetLogon selects a server in the domain by a process called discovery. A Windows workstation discovers the name of one of the Windows Active Directory domain controllers in its primary domain. An Active Directory domain controller discovers the name of an Active Directory domain controller in each trusted domain. The component that does the discovery is the DC Locator that runs in the Netlogon service. The DC Locator uses either NETBIOS or DNS name resolution to locate the necessary servers, depending on the type of domain and trust that is configured.

Записки IT специалиста

Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»

• Главная
• Аутентификация в системах Windows. Часть 1 — NTLM

Аутентификация в системах Windows. Часть 1 — NTLM

Работая в среде Windows каждый системный администратор так или иначе сталкивается с системами аутентификации. Но для многих этот механизм представляет собой черный ящик, когда суть происходящих процессов остается неясна. В тоже время от правильной настройки аутентификации напрямую зависит безопасность сети, поэтому важно не только знать способы и протоколы, но и представлять их работу, хотя бы на общем уровне.

В рамках данного материала мы будем рассматривать сознательно упрощенное представление процедур аутентификации, достаточное для понимания базового принципа работы, впоследствии данные знания могут быть углублены путем изучения специализированной литературы.

Для начала внесем ясность в термины. Многие путают понятия аутентификации и авторизации, хотя это различные процедуры.

• Аутентификация — происходит от английского слова authentication, которое можно перевести как идентификация или проверка подлинности. Это полностью отражает суть процесса — проверка подлинности пользователя, т.е. мы должны удостовериться, что пользователь, пытающийся получить доступ к системе именно тот, за кого себя выдает.
• Авторизация — перевод слова authorization означает разрешение, т.е. проверка прав доступа к какому-либо объекту. Процесс авторизации может быть применен только к аутентифицированному пользователю, так как перед тем, как проверять права доступа, мы должны выяснить личность объекта, которому мы собираемся предоставить какие-либо права.

Чтобы проще представить себе этот процесс проведем простую аналогию. Вы находитесь за границей и вас останавливает полицейский, вы предъявляете свой паспорт. Полицейский проверяет данные в паспорте и сверяет фотографию — это процесс аутентификации. Убедившись, что вы это вы, полицейский просит показать визу — это процесс авторизации, т.е. вашего права здесь находиться.

Точно также, сотрудник полиции, остановив трудового мигранта и проверив его паспорт, просит разрешение на работу, если разрешения нет, то зарубежный гость успешно прошел аутентификацию, но провалил авторизацию. Если аутентификация не пройдена, то до авторизации дело не дойдет.

Для аутентификации в компьютерных системах традиционно используется сочетания имени пользователя и некой секретной фразы (пароля), позволяющей определить, что пользователь именно тот, за кого себя выдает. Существуют также и иные способы аутентификации, например, по смарт-карте, но в данной статье мы их касаться не будем.

Локальная аутентификация

Прежде всего начнем с локальной аутентификации, когда пользователь хочет войти непосредственно на рабочую станцию, не входящую в домен. Что происходит после того, как пользователь ввел свой логин и пароль? Сразу после этого введенные данные передаются подсистеме локальной безопасности (LSA), которая сразу преобразует пароль в хэш, хэширование — это одностороннее криптографическое преобразование, делающее восстановление исходной последовательности невозможным. В открытом виде пароль нигде в системе не хранится и не фигурирует, пользователь — единственный кто его знает.

Затем служба LSA обращается к диспетчеру учетных записей безопасности (SAM) и сообщает ему имя пользователя. Диспетчер обращается в базу SAM и извлекает оттуда хэш пароля указанного пользователя, сгенерированный при создании учетной записи (или в процессе смены пароля).

Затем LSA сравнивает хэш введенного пароля и хэш из базы SAM, в случае их совпадения аутентификация считается успешной, а хэш введенного пароля помещается в хранилище службы LSA и находится там до окончания сеанса пользователя.

В случае входа пользователя в домен, для аутентификации используются иные механизмы, прежде всего протокол Kerberos, однако, если одна из сторон не может его использовать, по согласованию могут быть использованы протоколы NTLM и даже устаревший LM. Работу этих протоколов мы будем рассматривать ниже.

LAN Manager (LM)

Протокол LAN Manager возник на заре зарождения локальных сетей под управлением Windows и впервые был представлен в Windows 3.11 для рабочих групп, откуда перекочевал в семейство Windows 9.х. Мы не будем рассматривать этот протокол, так как в естественной среде он уже давно не встречается, однако его поддержка, в целях совместимости, присутствует до сих пор. И если современной системе поступит запрос на аутентификацию по протоколу LM, то, при наличии соответствующих разрешений, он будет обработан.

Что в этом плохого? Попробуем разобраться. Прежде всего разберемся, каким образом создается хэш пароля для работы с протоколом LM, не вдаваясь в подробности обратим ваше внимание на основные ограничения:

• Пароль регистронезависимый и приводится к верхнему регистру.
• Длина пароля — 14 символов, более короткие пароли дополняются при создании хэша нулями.
• Пароль делится пополам и для каждой части создается свой хэш по алгоритму DES.

Исходя из современных требований к безопасности можно сказать, что LM-хэш практически не защищен и будучи перехвачен очень быстро расшифровывается. Сразу оговоримся, прямое восстановление хэша невозможно, однако в силу простоты алгоритма шифрования возможен подбор соответствующей паролю комбинации за предельно короткое время.

А теперь самое интересное, LM-хэш, в целях совместимости, создается при вводе пароля и хранится в системах по Windows XP включительно. Это делает возможной атаку, когда системе целенаправленно присылают LM-запрос и она его обрабатывает. Избежать создания LM-хэша можно изменив политику безопасности или используя пароли длиннее 14 символов. В системах, начиная с Windows Vista и Server 2008, LM-хэш по умолчанию не создается.

NT LAN Manager (NTLM)

Новый протокол аутентификации появился в Windows NT и благополучно, с некоторыми изменениями, дожил до наших дней. А до появления Kerberos в Windows 2000 был единственным протоколом аутентификации в домене NT.

Сегодня протокол NTLM, точнее его более современная версия NTLMv2, применяются для аутентификации компьютеров рабочих групп, в доменных сетях Active Directory по умолчанию применяется Kerberos, однако если одна из сторон не может применить этот протокол, то по согласованию могут быть использованы NTLMv2, NTLM и даже LM.

Принцип работы NTLM имеет много общего с LM и эти протоколы обратно совместимы, но есть и существенные отличия. NT-хэш формируется на основе пароля длиной до 128 символов по алгоритму MD4, пароль регистрозависимый и может содержать не только ACSII символы, но и Unicode, что существенно повышает его стойкость по сравнению с LM.

Как происходит работа по протоколу NTLM? Рассмотрим следующую схему:

Допустим локальный компьютер хочет получить доступ к некоторому файловому ресурсу на другом ПК, который мы будем считать сервером, при этом совсем не обязательно наличие на этом ПК северной ОС или серверных ролей. С точки зрения протокола NTLM клиент это тот, кто обращается, сервер — к кому обращаются.

Чтобы получить доступ к ресурсу клиент направляет серверу запрос с именем пользователя. В ответ сервер передает ему случайное число, называемое запросом сервера. Клиент в свою очередь шифрует данный запрос по алгоритму DES, используя в качестве ключа NT-хэш пароля, однако, несмотря на то, что NT-хэш 128-битный, в силу технических ограничений используется 40 или 56 битный ключ (хеш делится на три части и каждая часть шифрует запрос сервера отдельно).

Зашифрованный хэшем пароля запрос сервера называется ответом NTLM и передается обратно серверу, сервер извлекает из хранилища SAM хэш пароля того пользователя, чье имя было ему передано и выполняет аналогичные действия с запросом сервера, после чего сравнивает полученный результат с ответом NTLM. Если результаты совпадают, значит пользователь клиента действительно тот, за кого себя выдает, и аутентификация считается успешной.

В случае доменной аутентификации процесс протекает несколько иначе. В отличие от локальных пользователей, хэши паролей которых хранятся в локальных базах SAM, хэши паролей доменных пользователей хранятся на контроллерах доменов. При входе в систему LSA отправляет доступному контроллеру домена запрос с указанием имени пользователя и имени домена и дальнейший процесс происходит как показано выше.

В случае получения доступа к третьим ресурсам схема также немного изменяется:

Получив запрос от клиента, сервер точно также направит ему запрос сервера, но получив NTLM-ответ он не сможет вычислить значение для проверки на своей стороне, так как не располагает хэшем пароля доменного пользователя, поэтому он перенаправляет NTLM-ответ контроллеру домена и отправляет ему свой запрос сервера. Получив эти данные, контроллер домена извлекает хэш указанного пользователя и вычисляет на основе запроса сервера проверочную комбинацию, которую сравнивает с полученным NTLM-ответом, при совпадении серверу посылается сообщение, что аутентификация прошла успешно.

Как видим, хэш пароля ни при каких обстоятельствах по сети не передается. Хэш введенного пароля хранит служба LSA, хэши паролей пользователей хранятся либо в локальных хранилищах SAM, либо в хранилищах контроллера домена.

Но несмотря на это, протокол NTLM на сегодняшний день считаться защищенным не может. Слабое шифрование делает возможным достаточно быстро восстановить хэш пароля, а если использовался не только NTLM, а еще и LM-ответ, то и восстановить пароль.

Но и перехваченного хэша может оказаться вполне достаточно, так как NTLM-ответ генерируется на базе пароля пользователя и подлинность клиента сервером никак не проверяется, то возможно использовать перехваченные данные для неавторизованного доступа к ресурсам сети. Отсутствие взаимной проверки подлинности также позволяет использовать атаки плана человек посередине, когда атакующий представляется клиенту сервером и наоборот, устанавливая при этом два канала и перехватывая передаваемые данные.

NTLMv2

Осознавая, что протокол NTLM не соответствует современным требованиям безопасности, с выходом Windows 2000 Microsoft представила вторую версию протокола NTLMv2, который был серьезно доработан в плане улучшений криптографической стойкости и противодействия распространенным типам атак. Начиная с Windows 7 / Server 2008 R2 использование протоколов NTLM и LM по умолчанию выключено.

Сразу рассмотрим схему с контроллером домена, в случае его отсутствия схема взаимодействия не меняется, только вычисления, производимые контроллером домена, выполняются непосредственно на сервере.

Как и в NTLM, клиент при обращении к серверу сообщает ему имя пользователя и имя домена, в ответ сервер передает ему случайное число — запрос сервера. В ответ клиент генерирует также случайное число, куда, кроме прочего, добавляется метка времени, которое называется запрос клиента. Наличие метки времени позволяет избежать ситуации, когда атакующий первоначально накапливает перехваченные данные, а потом с их помощью осуществляет атаку.

Запрос сервера объединяется с запросом клиента и от этой последовательности вычисляется HMAC-MD5 хэш. После чего от данного хэша берется еще один HMAC-MD5 хэш, ключом в котором выступает NT-хэш пароля пользователя. Получившийся результат называется NTLMv2-ответом и вместе с запросом клиента пересылается серверу.

Криптостойкость данного алгоритма является актуальной и на сегодняшний день, известно только два случая взлома данного хэша, один из них произведен компанией Symantec в исследовательских целях. Можно с уверенностью сказать, что в настоящий момент нет массовых инструментов для атак на NTLMv2, в отличие от NTLM, взломать который может любой вдумчиво прочитавший инструкцию школьник.

Сервер, получив NTLMv2-ответ и запрос клиента, объединяет последний с запросом сервера и также вычисляет HMAC-MD5 хэш, затем передает его вместе с ответом контроллеру домена. Тот извлекает из хранилища сохраненный хэш пароля пользователя и производит вычисления над HMAC-MD5 хешем запросов сервера и клиента, сравнивая получившийся результат с переданным ему NTLMv2-ответом. В случае совпадения серверу возвращается ответ об успешной аутентификации.

При этом, как вы могли заметить, NTLMv2, также, как и его предшественник, не осуществляет взаимную проверку подлинности, хотя в некоторых материалах в сети это указывается.

Настройки безопасности

Теперь, когда вы имеете представление о работе протоколов аутентификации самое время поговорить о настройках безопасности. NTLMv2 вполне безопасный протокол, но если система настроена неправильно, то злоумышленник может послать NTLM или LM запрос и получить соответствующий ответ, который позволит успешно осуществить атаку.

За выбор протокола аутентификации отвечает локальная или групповая политика. Откроем редактор политик и перейдем в Конфигурация компьютера — Конфигурация Windows — Политики безопасности — Локальные политики — Параметры безопасности, в этом разделе найдем политику Сетевая безопасность: уровень проверки подлинности LAN Manager.

В этом же разделе находится политика Сетевая безопасность: не хранить хэш-значения LAN Manager при следующей смене пароля, которая запрещает создание LM-хэша, по умолчанию активна начиная с Vista / Server 2008.

В нашей же политике мы видим широкий выбор значений, очевидно, что сегодня безопасными могут считаться политики начиная с Отправлять только NTLMv2-ответ и ниже по списку.

Эти же значения можно задать через реестр, что удобно в сетях уровня рабочей группы, для этого в разделе HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Lsa нужно создать параметр DWORD с именем LmCompatibilityLevel, который может принимать значения от 0 до 5. Рассмотрим их подробнее:

Наименование настройки	Клиентский компьютер	Контроллер домена	Lm Compatibility Level
Отправлять LM- и NTLM-ответы	Клиентские компьютеры используют LM и NTLM аутентификацию , и никогда не используют сеансовую безопасность NTLMv2.	Контроллеры домена допускают проверку подлинности LM, NTLM и NTLMv2.	0
Отправлять LM- и NTLM- использовать сеансовую безопасность NTLMv2	Клиентские компьютеры используют LM и NTLM аутентификацию, и используют сеансовую безопасность NTLMv2, если сервер поддерживает ее.	Контроллеры домена допускают проверку подлинности LM, NTLM и NTLMv2.	1
Отправлять только NTLM-ответ	Клиентские компьютеры используют проверку подлинности NTLMv1, и используют сеансовую безопасность NTLMv2, если сервер поддерживает ее.	Контроллеры домена допускают проверку подлинности LM, NTLM и NTLMv2.	2
Отправлять только NTLMv2-ответ	Клиентские компьютеры используют проверку подлинности NTLMv2, и используют сеансовую безопасность NTLMv2, если сервер поддерживает ее.	Контроллеры домена допускают проверку подлинности LM, NTLM и NTLMv2.	3
Отправлять только NTLMv2-ответ. Отказывать LM.	Клиентские компьютеры используют проверку подлинности NTLMv2, и используют сеансовую безопасность NTLMv2, если сервер поддерживает ее.	Контроллеры домена отказываются принимать аутентификацию LM, и будут принимать только NTLM и NTLMv2.	4
Отправлять только NTLMv2-ответ. Отказывать LM и NTLM.	Клиентские компьютеры используют проверку подлинности NTLMv2, и используют сеансовую безопасность NTLMv2, если сервер поддерживает ее.	Контроллеры домена отказываются принимать аутентификацию LM и NTLM, и будут принимать только NTLMv2.	5

Внимательный читатель, изучая данную таблицу, обязательно обратит внимание на сеансовую безопасность NTLMv2. Данная возможность, как и вообще все взаимодействие по NTLMv2, довольно плохо документированы, поэтому многие понимают смысл этой возможности неправильно. Но на самом деле все довольно несложно.

После того, как клиент пройдет аутентификацию формируется ключ сеанса, который используется для подтверждения подлинности при дальнейшем взаимодействии. Ключ сеанса NTLM основан только на NT-хэше и будет одинаковым до тех пор, пока клиент не поменяет пароль пользователя. Какие угрозы безопасности это несет пояснять, нам кажется, не надо. Сеансовая безопасность NTLMv2 подразумевает вычисление ключа сеанса с использованием не только NT-хэша, но и запросов сервера и клиента, что делает ключ уникальным и гораздо более стойким к возможным атакам. При этом данная возможность может быть использована совместно с NTLM или LM аутентификацией.

Мы надеемся, что данный материал поможет вам глубже понять процессы аутентификации в системах Windows. В следующей части мы подробно остановимся на устройстве и работе протокола Kerberos.

Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:

Или подпишись на наш Телеграм-канал: