大数据之Kerberos认证与kafka开启Kerberos配置

Kerberos 是一种计算机网络认证协议，用来在非安全网络中，对个人通信以安全的手段进行身份认证。这个词又指麻省理工学院为这个协议开发的一套计算机软件。软件设计上采用客户端/服务器结构，并且能够进行相互认证，即客户端和服务器端均可对对方进行身份认证。可以用于防止窃听、防止重放攻击、保护数据完整性等场合，是一种应用对称密钥体制进行密钥管理的系统。.........

岁月的眸

6815人浏览 · 2022-08-06 14:07:18

岁月的眸 · 2022-08-06 14:07:18 发布

一、数据安全与Kerberos认证原理

数据安全的概念

数据安全 = 认证 + 授权

授权是指用户可以访问的资源，比如：授权用户张三不能访问ods层的表，可以访问dwd层和dws层的表。再比如java中基于角色的身份认证RBAC（Role-Based Access Control）基于角色的权限控制。通过角色关联用户，角色关联权限的方式间接赋予。比如大数据中使用的Sentry和Ranger的授权框架的权限管理。
认证主要是对用户的身份确认，比如最简单的用户的登录需要账户和密码；比如java的认证框架sa-token、Shiro、SpringSecurity等。
hadoop官网的认证主要是使用麻省理工MIT的kerberos认证的。

hadoop官网文档关于安全认证的相关介绍链接：https://hadoop.apache.org/docs/r3.2.2/hadoop-project-dist/hadoop-common/SecureMode.html
授权使用什么框架呢？目前授权，一般使用Sentry和Ranger来进行授权管理。比如目前比较强大的Ranger授权框架，可以精确都某张表的字段的操作，比如：可以定义张三用户可以访问某表的那些字段，那些字段无法访问。

Kerberos认证原理

Kerberos 概述

什么是 Kerberos

Kerberos 是一种计算机网络认证协议，用来在非安全网络中，对个人通信以安全的手段进行身份认证。这个词又指麻省理工学院为这个协议开发的一套计算机软件。软件设计上采用客户端/服务器结构，并且能够进行相互认证，即客户端和服务器端均可对对方进行身份认证。可以用于防止窃听、防止重放攻击、保护数据完整性等场合，是一种应用对称密钥体制进行密钥管理的系统。

Kerberos 术语

Kerberos 中有以下一些概念需要了解：
1）KDC（Key Distribute Center）：密钥分发中心，负责存储用户信息，管理发放票据。
2）Realm：Kerberos 所管理的一个领域或范围，称之为一个 Realm。
3）Principal：Kerberos 所管理的一个用户或者一个服务，可以理解为 Kerberos 中保存的一个账号， 其格式通常如下：primary/instance@realm
4）keytab：Kerberos 中的用户认证，可通过密码或者密钥文件证明身份，keytab 指密钥文件。

对以上的专业术语进行解释：

首先，所谓认证也就是用户的登录需要用户名和密码，这也是最基本的认证方式；那么KDC负责存储用户信息，也就是KDC内置的Database会存储用户的用户名和密码；那么kdc发放的票据是什么票据呢？这个票据是指某个用户访问服务时所需要的票据，相当于门票。
Realme域又指的是什么呢？他指代的是Kerberos 所管理的一个领域或范围，所谓的领域也就是一系列的服务和用户。
Principal是指Kerberos 所管理的一个用户或者一个服务，可以理解为 Kerberos 中保存的一个账号。
- 一个用户要想通过kerberos认证得需要一个账号和密码，同样的一个服务要想通过kerberos 认证也需要账号和密码；
- 格式 primary/instance@realm 三个部分，用户名or服务名 / 实例（服务主机名）@域名；例如：root/admin@EXAMPLE.COM 如下图：

在这里插入图片描述

Hadoop的认证使用的是Kerberos协议。

keytab：Kerberos 中的用户认证，可通过密码或者密钥文件证明身份，keytab 指密钥文件。

kerberos认证两种方式：

Kerberos 认证原理

在这里插入图片描述

AS: Authentication Server认证服务器，首先用户进行身份认证，kinit命令进行认证，然后输入密码；此时认证服务器会根据用户输入的账号和密码到数据库Database中查询，看是否正确，如果正确颁发临时的票据，这个票据就是TGT，它是Ticket Granting Ticket的缩写，这个票据名称为：申请票据的票据。
用户拿到这个用来申请服务票据的票据后，然后携带该票据TGT去访问票据授权服务器，然后票据授权服务器TGS去数据库中查询服务是否为合法的服务；

查询到相关服务名和秘钥后，颁发票证给用户。
用户拿到这个TG票证后然后才能访问我们的服务，比如上图拿到票证访问hdfs服务。这就是kerberos的基本认证原理。

二、Kerberos使用流程与kafka开启安全认证

查看kerberos服务

启动 KDC服务：
- systemctl status krb5kdc
若未启动执行启动命令：
- systemctl start krb5kdc
启动 Kadmin，该服务为 KDC 数据库访问入口：
- systemctl start kadmin
查看kadmin服务状态
- systemctl status kadmin

创建 Kerberos 管理员用户

在 KDC 所在主机（hadoop102），执行以下命令，并按照提示输入密码，若已经创建，无需重复重复创建。

kadmin.local -q “addprinc admin/admin”

Kerberos 使用概述

Kerberos 数据库操作

登录数据库并创建主体

1）本地登录（无需认证）

[root@warehouse ~]# kadmin.local
Authenticating as principal root/admin@EXAMPLE.COM with
password.
kadmin.local: （这里执行一些命令）

list_principals ==> 查看所有主体
addprinc test ==> 创建主体名称test
cpw test ==> 修改主体的密码
退出输入：exit

也可通过以下 shell 命令直接创建主体
[root@warehouse ~]# kadmin.local -q"addprinc test"

2）远程登录（需进行主体认证，认证操作见下文）

[root@warehouse ~]# kadmin —>按照提示输入密码
Authenticating as principal admin/admin@EXAMPLE.COM with
password.
Password for admin/admin@EXAMPLE.COM:
kadmin:

Kerberos 认证操作

1. 密码认证

1）使用 kinit 进行主体认证，并按照提示输入密码
[root@warehouse ~]# kinit test
Password for test@EXAMPLE.COM:

2）查看认证凭证 klist

[root@warehouse keytab]# klist

Ticket cache: FILE:/tmp/krb5cc_0
Default principal: test@EXAMPLE.COM

Valid starting Expires Service principal
2022-08-08T00:43:12 2022-08-09T00:43:12 krbtgt/EXAMPLE.COM@EXAMPLE.COM

2. 密钥文件认证

1）生成主体 test 的 keytab 文件到指定目录
[root@warehouse ~]# kadmin.local -q “xst -norandkey -k /etc/security/keytab/test.keytab test@EXAMPLE.COM”
Authenticating as principal test/admin@EXAMPLE.COM with password.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type aes256-cts-hmac-sha1-96 added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type aes128-cts-hmac-sha1-96 added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type des3-cbc-sha1 added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type arcfour-hmac added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type camellia256-cts-cmac added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type camellia128-cts-cmac added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type des-hmac-sha1 added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.
Entry for principal test@EXAMPLE.COM with kvno 3, encryption type des-cbc-md5 added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/test.keytab.

注：-norandkey 的作用是声明不随机生成密码，若不加该参数，会导致之前的密码失效。

2）使用 keytab 进行认证

[root@warehouse ~]# kinit -kt /etc/security/keytab/test.keytab test

3）查看认证凭证

[root@warehouse keytab]# klist
Ticket cache: FILE:/tmp/krb5cc_0
Default principal: test@EXAMPLE.COM

Valid starting Expires Service principal
2022-08-08T01:02:06 2022-08-09T01:02:06 krbtgt/EXAMPLE.COM@EXAMPLE.COM

3. 销毁凭证 kdestroy

Kafka配置Kerberos安全认证

1）创建用户和生成用户keytab

在安装 Kerberos的kdc服务的机器上进入 kadmin（Kerberos 服务端上使用 kadmin.local，安装了 Kerberos Client 的机器上可以使用 kadmin），然后执行如下命令分别创建服务端和客户端的 keytab：

# 创建服务端的keytab，在不同的机器上使用不同主机名对应的keytab文件，格式：principal/hostname@realm

[root@warehouse keytab]# kadmin
Authenticating as principal admin/admin@EXAMPLE.COM with password.
Password for admin/admin@EXAMPLE.COM:

kadmin远程登录数据库kadmin ==> 创建kafka-server的服务主体生成秘钥

kadmin: add_principal -randkey kafka-server/warehouse
WARNING: no policy specified for kafka-server/warehouse@EXAMPLE.COM; defaulting to no policy
Principal “kafka-server/warehouse@EXAMPLE.COM” created.

导出秘钥到对应的目录/etc/security/keytab/kafka-service.keytab ==> 生成的秘钥文件为kafka-service.keytab

kadmin: xst -k /etc/security/keytab/kafka-service.keytab kafka-server/warehouse@EXAMPLE.COM

shell命令的方式创建服务主体：kafka-client

$ kadmin.local -q “add_principal -randkey kafka-client”

Authenticating as principal admin/admin@EXAMPLE.COM with password.
WARNING: no policy specified for kafka-client@EXAMPLE.COM; defaulting to no policy
Principal “kafka-client@EXAMPLE.COM” created.

导出秘钥到指定的文件夹下

[root@warehouse keytab]# kadmin.local -q “xst -k /etc/security/keytab/kafka-client.keytab kafka-client@EXAMPLE.COM”
Authenticating as principal admin/admin@EXAMPLE.COM with password.
Entry for principal kafka-client@EXAMPLE.COM with kvno 2, encryption type aes256-cts-hmac-sha1-96 added to keytab WRFILE:/etc/security/keytab/kafka-client.keytab.
在这里插入图片描述

2）认证服务主体

kinit -kt /etc/security/keytab/kafka-server.service.keytab kafka-server/warehouse@EXAMPLE.COM

kinit -kt /etc/security/keytab/kafka-client.service.keytab kafka-client/warehouse@EXAMPLE.COM

3）Kerberos 相关配置

拷贝 krb5.conf 及kafka.keytab 文件都放到 Kafka 的 $KAFKA_HOME/config/kerberos 目录下(kerberos 目录需新建)。

这个路径：/opt/module/kafka/config/kerberos

$ mkdir $KAFKA_HOME/config/kerberos
$ cp /etc/security/keytab/kafka*.keytab $KAFKA_HOME/config/kerberos/

将krd5.conf也复制到$ KAFKA_HOME/config/kerberos目录下

# 将krd5.conf也复制到$KAFKA_HOME/config/kerberos目录下
$ cp /etc/krb5.conf $KAFKA_HOME/config/kerberos/

3）Kafka 服务端配置

1、修改server.properties

复制 $KAFKA_HOME/config/server.properties（复制动作能帮助我们在认证/非认证模式自由切换）重命名为 $KAFKA_HOME/config/server-sasl.properties

cd … 到config目录下

然后执行cp命令，如下所示：

[root@warehouse config]# cp server.properties server-sasl.properties
[root@warehouse config]# ll

在这里插入图片描述
增加或修复如下配置：

 【温馨提示】其中sasl.kerberos.service.name要和principal的名称相同
listeners=SASL_PLAINTEXT://0.0.0.0:19092
advertised.listeners=SASL_PLAINTEXT://warehouse:19092
security.inter.broker.protocol=SASL_PLAINTEXT
sasl.mechanism.inter.broker.protocol=GSSAPI
sasl.enabled.mechanisms=GSSAPI
sasl.kerberos.service.name=kafka-server

新建 kafka-server-jaas.conf 文件，该文件也放到 Kafka 的 $KAFKA_HOME/config/kerberos/ 目录下：

vim kafka-server-jaas.conf

KafkaServer {
   com.sun.security.auth.module.Krb5LoginModule required
   useKeyTab=true
   //不同的主机，需修改成不同的keytab文件
   keyTab="/opt/module/kafka/config/kerberos/kafka-server.service.keytab"
   storeKey=true
   useTicketCache=false
   //不同的主机，需修改为本机的主机名
   principal="kafka-server/warehouse@EXAMPLE.COM";
};

//Zookeeper client authentication，配置跟KafkaServer 一样，如果zookeeper开启了kerberos认证，就得加这段配置，我
这没开，所以先注释了
//Client {
//   com.sun.security.auth.module.Krb5LoginModule required
//   useKeyTab=true
//   不同的主机，需修改成不同的keytab文件
//   keyTab="/opt/bigdata/hadoop/server/kafka_2.13-3.1.1/config/kerberos/kafka-server.keytab"
//   storeKey=true
//   useTicketCache=false
//   不同的主机，需修改为本机的主机名
//   principal="kafka-server/hadoop-node1@HADOOP.COM";
//};

2、修改kafka-server-start.sh

复制 bin/kafka-server-start.sh 脚本重命名为 bin/kafka-server-start-sasl.sh

$ cp $KAFKA_HOME/bin/kafka-server-start.sh $KAFKA_HOME/bin/kafka-server-start-sasl.sh

在倒数第二行增加如下配置（bin/kafka-server-start-sasl.sh）：

export KAFKA_OPTS="-Dzookeeper.sasl.client=false -Dzookeeper.sasl.client.username=zk-server 
-Djava.security.krb5.conf=/opt/module/kafka/config/kerberos/krb5.conf 
-Djava.security.auth.login.config=/opt/module/kafka/config/kerberos/kafka-server-jaas.conf"

【温馨提示】如果 Zookeeper 开启 Kerberos 认证，则这里 zookeeper.sasl.client 就得设为 true。

4）Kafka 客户端配置

1、配置client.properties

该配置主要为了使用 bin/kafka-topics.sh、bin/kafka-console-consumer.sh、kafka-console-producer.sh 等命令。

新建 client.properties 文件，该文件也放到 Kafka 的 $KAFKA_HOME/config/kerberos 目录下：

执行命令

$ cat > $KAFKA_HOME/config/kerberos/client.properties <<EOF
security.protocol=SASL_PLAINTEXT
sasl.mechanism=GSSAPI
sasl.kerberos.service.name=kafka-server
EOF

2、配置kafka-client-jaas.conf

新建 kafka-client-jaas.conf 文件，该文件也放到 Kafka 的 config/kerberos 目录下：

$ cat > $KAFKA_HOME/config/kerberos/kafka-client-jaas.conf <<EOF
KafkaClient {
   com.sun.security.auth.module.Krb5LoginModule required
   useKeyTab=true
   keyTab="/opt/module/kafka/config/kerberos/kafka-client.service.keytab"
   storeKey=true
   useTicketCache=false
   principal="kafka-client/warehouse@EXAMPLE.COM";
};
EOF

3、配置kafka-topics.sh等操作文件

复制 bin/kafka-topics.sh、bin/kafka-console-producer.sh、bin/kafka-console-consumer.sh 脚本，分别重命名为 bin/kafka-topics-sasl.sh、bin/kafka-console-producer-sasl.sh、bin/kafka-console-consumer-sasl.sh 执行一下命令：

$ cp $KAFKA_HOME/bin/kafka-topics.sh $KAFKA_HOME/bin/kafka-topics-sasl.sh

$ cp $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-producer.sh $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-producer-sasl.sh

$ cp $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-consumer.sh $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-consumer-sasl.sh

$ cp $KAFKA_HOME/bin/kafka-consumer-groups.sh $KAFKA_HOME/bin/kafka-consumer-groups-sasl.sh

在倒数第二行增加如下配置（bin/kafka-xxx.sh）：

export KAFKA_OPTS="-Djava.security.krb5.conf=/opt/module/kafka/config/kerberos/krb5.conf 
-Djava.security.auth.login.config=/opt/module/kafka/config/kerberos/kafka-client-jaas.conf"

【温馨提示】上面创建了两个keytab文件，但是权限都是一样，都可以操作所有，所以在企业生成环境中，可以考虑把客户端的用户权限控制一下。

5）将配置文件copy到其它机器上(单节点忽略此步)

# kafka kerberos配置
$ scp -r $KAFKA_HOME/config/kerberos hadoop-node2:$KAFKA_HOME/config/
$ scp -r $KAFKA_HOME/config/kerberos hadoop-node3:$KAFKA_HOME/config/

# kafka server启动脚本
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-server-start-sasl.sh hadoop-node2:$KAFKA_HOME/bin/
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-server-start-sasl.sh hadoop-node3:$KAFKA_HOME/bin/

# 【温馨提示】注意修改broker.id、advertised.listeners
# kafka server 配置
$ scp $KAFKA_HOME/config/server-sasl.properties hadoop-node2:$KAFKA_HOME/config/
$ scp $KAFKA_HOME/config/server-sasl.properties hadoop-node3:$KAFKA_HOME/config/

# topic操作
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-topics-sasl.sh hadoop-node2:$KAFKA_HOME/bin/
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-topics-sasl.sh hadoop-node3:$KAFKA_HOME/bin/

# 生产者
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-producer-sasl.sh hadoop-node2:$KAFKA_HOME/bin/
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-producer-sasl.sh hadoop-node3:$KAFKA_HOME/bin/

# 消费者
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-consumer-sasl.sh hadoop-node2:$KAFKA_HOME/bin/
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-console-consumer-sasl.sh hadoop-node3:$KAFKA_HOME/bin/

# 消费组
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-consumer-groups-sasl.sh hadoop-node2:$KAFKA_HOME/bin/
$ scp $KAFKA_HOME/bin/kafka-consumer-groups-sasl.sh hadoop-node3:$KAFKA_HOME/bin/

6）测试验证

1、查看topic 列表

运行 bin/kafka-server-start-sasl.sh 启动 Kafka 集群：

# 启动kafka
$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-server-start-sasl.sh config/server-sasl.properties
# 还是跟之前的一样查询，会发现已经不能查询了
$ ./bin/kafka-topics-sasl.sh --list --bootstrap-server warehouse:19092

查询主题列表，服务端报的错误，无法查询证明安全认证生效了

在这里插入图片描述

正确访问方式

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-topics-sasl.sh --list --bootstrap-server warehouse:19092 --command-config config/kerberos/client.properties

在这里插入图片描述

2、创建topic

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-topics-sasl.sh --create --topic test-sasl --bootstrap-server warehouse:19092  --partitions 1 --replication-factor 1 --config retention.ms=259200000 --command-config config/kerberos/client.properties

3、查看topic详情

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-topics-sasl.sh --bootstrap-server warehouse:19092 --describe --topic test-sasl --command-config config/kerberos/client.properties

4、删除topic

彻底删除topic：

1、删除kafka存储目录（server.properties文件log.dirs配置，默认为"/tmp/kafka-logs"）相关topic目录

2、如果配置了delete.topic.enable=true直接通过命令删除，如果命令删除不掉，直接通过zookeeper-client 删除掉broker下的topic即可。

命令示例： kafka-topics.sh --delete --topic XXX --zookeeper localhost:2181

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-topics-sasl.sh --delete --topic test-sasl --bootstrap-server warehouse:19092 --command-config config/kerberos/client.properties

4、生产/消费

运行 kafka-console-producer-sasl.sh 生产消息：

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-console-producer-sasl.sh --bootstrap-server warehouse:19092 --topic test-sasl --producer.config config/kerberos/client.properties
-------------------------------------------
./bin/kafka-console-producer-sasl.sh  --broker-list warehouse:19092 --topic test-sasl --producer.config config/kerberos/client.properties
-------------------------------------------
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{"id":"3","name":"n3","age":"22"}

运行 bin/kafka-console-consumer-sasl.sh 消费消息：

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-console-consumer-sasl.sh --bootstrap-server warehouse:19092 --topic test-sasl --from-beginning --consumer.config config/kerberos/client.properties

#消费组
$ ./bin/kafka-console-consumer-sasl.sh --bootstrap-server warehouse:19092 --topic test-sasl --from-beginning --group test-sasl --consumer.config config/kerberos/client.properties

在这里插入图片描述

5、查看消费组积压

$ cd $KAFKA_HOME
$ ./bin/kafka-consumer-groups-sasl.sh --bootstrap-server warehouse:19092 --describe --group test-sasl --command-config config/kerberos/client.properties

在这里插入图片描述