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绿盟安全月刊->第14期->技术专题
作者：netguy (netguy@nsfocus.com)
主页：http://www.nsfocus.com
日期：2000-10-07
PAM（Pluggable Authentication Modules ）是由Sun提出的一种认证机制。它通过提供一些动态链接库和一套统一的API，将系统提供的服务和该服务的认证方式分开，使得系统管理员可以灵活地根据需要给不同的服务配置不同的认证方式而无需更改服务程序，同时也便于向系统中添加新的认证手段。
PAM最初是集成在Solaris中，目前已移植到其它系统中，如Linux、SunOS、HP-UX 9.0等。
一、PAM的结构
PAM的整个框架结构如下图所示：
系统管理员通过PAM配置文件来制定认证策略，即指定什么服务该采用什么样的认证方法；应用程序开发者通过在服务程序中使用PAM API而实现对认证方法的调用；而PAM服务模块（service module）的开发者则利用PAM SPI（Service Module API）来编写认证模块（主要是引出一些函数pam_sm_xxxx( )供libpam调用），将不同的认证机制（比如传统的UNIX认证方法、Kerberos等）加入到系统中；PAM核心库（libpam）则读取配置文件，以此为根据将服务程序和相应的认证方法联系起来。
二、PAM支持的四种管理界面：
1、认证管理（authentication management）
主要是接受用户名和密码，进而对该用户的密码进行认证，并负责设置用户的一些秘密信息。
2、帐户管理（account management）
主要是检查帐户是否被允许登录系统，帐号是否已经过期，帐号的登录是否有时间段的限制等等。
3、密码管理（password management）
主要是用来修改用户的密码。
4、会话管理（session management）
主要是提供对会话的管理和记账（accounting）。
三、PAM的文件：
/usr/lib/libpam.so.* PAM核心库
/etc/pam.conf或者/etc/pam.d/ PAM配置文件
/usr/lib/security/pam_*.so 可动态加载的PAM service module
对于RedHat，其目录不是/usr/lib，而是/lib。
四、PAM的配置：
PAM的配置是通过单个配置文件/etc/pam.conf。RedHat还支持另外一种配置方式，即通过配置目录/etc/pam.d/，且这种的优先级要高于单个配置文件的方式。
1、使用配置文件/etc/pam.conf
该文件是由如下的行所组成的：
service-name module-type control-flag module-path arguments
service-name 服务的名字，比如telnet、login、ftp等，服务名字“OTHER”代表所有没有在该文件中明确配置的其它服务。
module-type 模块类型有四种：auth、account、session、password，即对应PAM所支持的四种管理方式。同一个服务可以调用多个PAM模块进行认证，这些模块构成一个stack。
control-flag 用来告诉PAM库该如何处理与该服务相关的PAM模块的成功或失败情况。它有四种可能的值：required，requisite，sufficient，optional。
required 表示本模块必须返回成功才能通过认证，但是如果该模块返回失败的话，失败结果也不会立即通知用户，而是要等到同一stack中的所有模块全部执行完毕再将失败结果返回给应用程序。可以认为是一个必要条件。
requisite 与required类似，该模块必须返回成功才能通过认证，但是一旦该模块返回失败，将不再执行同一stack内的任何模块，而是直接将控制权返回给应用程序。是一个必要条件。注：这种只有RedHat支持，Solaris不支持。
sufficient 表明本模块返回成功已经足以通过身份认证的要求，不必再执行同一stack内的其它模块，但是如果本模块返回失败的话可以忽略。可以认为是一个充分条件。
optional表明本模块是可选的，它的成功与否一般不会对身份认证起关键作用，其返回值一般被忽略。
对于control-flag，从Linux-PAM-0.63版本起，支持一种新的语法，具体可参看Linux PAM文档。
module-path 用来指明本模块对应的程序文件的路径名，一般采用绝对路径，如果没有给出绝对路径，默认该文件在目录/usr/lib/security下面。
arguments 是用来传递给该模块的参数。一般来说每个模块的参数都不相同，可以由该模块的开发者自己定义，但是也有以下几个共同的参数：
debug 该模块应当用syslog( )将调试信息写入到系统日志文件中。
no_warn 表明该模块不应把警告信息发送给应用程序。
use_first_pass 表明该模块不能提示用户输入密码，而应使用前一个模块从用户那里得到的密码。
try_first_pass 表明该模块首先应当使用前一个模块从用户那里得到的密码，如果该密码验证不通过，再提示用户输入新的密码。
use_mapped_pass 该模块不能提示用户输入密码，而是使用映射过的密码。
expose_account 允许该模块显示用户的帐号名等信息，一般只能在安全的环境下使用，因为泄漏用户名会对安全造成一定程度的威胁。
2、使用配置目录/etc/pam.d/（只适用于RedHat Linux）
该目录下的每个文件的名字对应服务名，例如ftp服务对应文件/etc/pam.d/ftp。如果名为xxxx的服务所对应的配置文件/etc/pam.d/xxxx不存在，则该服务将使用默认的配置文件/etc/pam.d/other。每个文件由如下格式的文本行所构成：
module-type control-flag module-path arguments
每个字段的含义和/etc/pam.conf中的相同。
3、配置的例子
例一：用/etc/pam.conf配置默认的认证方式。
下面的例子将拒绝所有没有在/etc/pam.conf中明确配置的服务。OTHER代表没有明确配置的其它所有服务，pam_deny模块的作用只是简单地拒绝通过认证。
OTHER auth required /usr/lib/security/pam_deny.so
OTHER account required /usr/lib/security/pam_deny.so
OTHER password required /usr/lib/security/pam_deny.so
OTHER session required /usr/lib/security/pam_deny.so
例二：通过/etc/pam.d/rsh文件配置rsh服务的认证方式。
rsh服务认证用户时，先使用/etc/hosts.equiv和.rhosts文件的认证方式，然后再根据/etc/nologin文件的存在与否来判断是否允许该用户使用rsh，最后使用password database来认证用户。
auth required /lib/security/pam_rhosts_auth.so
auth required /lib/security/pam_nologin.so
account required /lib/security/pam_pwdb.so
session required /lib/security/pam_pwdb.so
例三：通过/etc/pam.conf配置ftpd的认证方式。
下面是ftpd服务利用PAM模块进行用户认证的三个步骤。首先用pam_ftp模块检查当前用户是否为匿名用户，如果是匿名用户，则sufficient控制标志表明无需再进行后面的认证步骤，直接通过认证；否则继续使用pam_unix_auth模块来进行标准的unix认证，即用/etc/passwd和/etc/shadow进行认证；通过了pam_unix_auth模块的认证之后，还要继续用pam_listfile模块来检查该用户是否出现在文件/etc/ftpusers中，如果是则该用户被deny掉。
ftpd auth sufficient /usr/lib/security/pam_ftp.so
ftpd auth required /usr/lib/security/pam_unix_auth.so use_first_pass
ftpd auth required /usr/lib/security/pam_listfile.so \
onerr=succeed item=user sense=deny file=/etc/ftpusers
五、密码映射（password-mapping）
密码映射允许用户在不同的认证机制下使用不同的密码，其中有一个主密码（primary password），其它密码为次密码（secondary passwords，可能有多个）。主密码用来对次密码进行加密。在主密码认证通过后，认证模块利用主密码将加密过的次密码（也称为mapped password）解密，并对次密码进行认证。
注：如果使用了一次性密码的机制，就不使用密码映射。
所有服务模块必须支持如下4个映射选项（在第四部分已经简单解释过）：
1、use_first_pass
这个选项指示本模块不能提示用户输入密码，而是使用已有的密码，即从第一个向用户提示输入密码的模块那里取得密码，并对该密码进行认证。
2、try_first_pass
这个选项指示本模块首先尝试使用已有的密码，即从第一个向用户提示输入密码的模块那里取得密码，并对该密码进行认证。如果密码认证失败，则再提示用户输入密码。
3、use_mapped_pass
这个选项指示本模块不能向用户提示输入密码，而应使用映射过的密码，即利用主密码将加密过的次密码解密出来并进行认证。
4、try_mapped_pass
这个选项指示本模块首先尝试使用映射过的密码，即利用主密码将加密过的次密码解密出来并进行认证。如果密码认证失败，则再提示用户输入密码。
密码映射的例子：
下面是/etc/pam.conf中关于login服务的配置。这里login共有3种认证机制：Kerberos、UNIX和RSA认证，两个required控制标志表明用户必须通过Kerberos认证和UNIX认证才能使用login服务，optional选项则说明RSA认证是可选的。首先用户输入主密码进行Kerberos认证；use_mapped_pass选项指示UNIX认证模块利用主密码将用于UNIX认证的次密码解密出来并对该次密码进行认证；try_first_pass选项指示RSA认证模块先使用第一个模块（即Kerberos模块）的密码作为进行认证的密码，当对该密码认证失败时才提示用户输入用于RSA认证的次密码。
login auth required pam_kerb_auth.so debug
login auth required pam_unix_auth.so use_mapped_pass
login auth optional pam_rsa_auth.so try_first_pass
六、PAM API
1、框架API：
任何一个支持PAM的服务程序在进行认证时必须以pam_start( )开始进行初始化，最后以pam_end( )结束以便进行清理工作。
2、认证管理API：
pam_authenticate( )对用户名/密码进行认证。
pam_setcred( )用来修改用户的秘密信息。
3、帐户管理API：
pam_acct_mgmt( )检查帐户本身是否有权限登录系统、帐户是否过期、帐户是否有登录时间限制等。
4、密码管理API：
pam_chauthtok( )修改用户的密码。
5、会话管理API：
一个会话以pam_open_session( )开始，最后以pam_close_session( )结束。
6、其它：
pam_get_item( )、pam_set_item( )用来读写PAM事务(transaction)的状态信息。
pam_get_data( )、pam_set_data( )用来取得和设置PAM模块及会话的相关信息。
pam_putenv( )、pam_getenv( )、pam_getenvlist( )用来读写环境变量。
pam_strerror( )返回相关的错误信息。
例子程序（摘自Sun的白皮书）：
下面的例子使用PAM API写了一个简单的login服务程序（注：这不是个完整的程序，所以省略了对pam_close_session的调用）。
#include <security/pam_appl.h>
/* 回调函数 */
static int login_conv(int num_msg, struct pam_message **msg, struct pam_response **response, void *appdata_ptr);
struct pam_conv pam_conv = {login_conv, NULL};
pam_handle_t *pamh; /* 进行认证的PAM句柄 */
void main(int argc, char *argv[], char **renvp)
{
/* 初始化，并提供一个回调函数 */
if ((pam_start("login", user_name, &pam_conv, &pamh)) != PAM_SUCCESS)
login_exit(1);
/* 设置一些参数 */
pam_set_item(pamh, PAM_TTY, ttyn);
pam_set_item(pamh, PAM_RHOST, remote_host);
while (!authenticated && retry < MAX_RETRIES)
{
status = pam_authenticate(pamh, 0); /* 密码认证管理，检查用户输入的密码是否正确 */
authenticated = (status == PAM_SUCCESS);
}
if (status != PAM_SUCCESS)
{
fprintf(stderr,"error: %s\n", pam_strerror(pamh, status)); /* 显示错误原因 */
login_exit(1);
}
/* 通过了密码认证之后再调用帐户管理API，检查用户帐号是否已经过期 */
if ((status = pam_acct_mgmt(pamh, 0)) != PAM_SUCCESS)
{
if (status == PAM_AUTHTOK_EXPIRED)
{
status = pam_chauthtok(pamh, 0); /* 过期则要求用户更改密码 */
if (status != PAM_SUCCESS)
login_exit(1);
}
}
/* 通过帐户管理检查之后则打开会话 */
if (status = pam_open_session(pamh, 0) != PAM_SUCCESS)
login_exit(status);
/* 设置用户组 */
setgid(pwd->pw_gid);
/*
* Initialize the supplementary group access list before
* pam_setcred because PAM modules might add groups
* during the pam_setcred call
*/
initgroups(user_name, pwd->pw_gid);
status = pam_setcred(pamh, PAM_ESTABLISH_CRED);
if (status != PAM_SUCCESS)
login_exit(status);
/* 设置真实的用户ID（或者有效的用户ID）*/
setuid(pwd->pw_uid);
pam_end(pamh, PAM_SUCCESS); /* PAM事务的结束 */
/*
此处可用来实现与login有关的其它内容
*/
}
/* 出错则清理现场并退出 */
static void login_exit(int exit_code)
{
if (pamh)
pam_end(pamh, PAM_ABORT);
exit(exit_code);
}
/* 这个回调函数被PAM认证模块调用以便显示错误信息或者或者用来取得用户输入，采用图形界面的服务程序则应使用图形界面来取得用户输入或显示提示信息*/
int login_conv(int num_msg, struct pam_message **msg, struct pam_response **response, void *appdata_ptr)
{
while (num_msg--)
{
switch (m->msg_style)
{
case PAM_PROMPT_ECHO_OFF:
r->resp = strdup(getpass(m->msg));
break;
case PAM_PROMPT_ECHO_ON:
(void) fputs(m->msg, stdout);
r->resp = malloc(PAM_MAX_RESP_SIZE);
fgets(r->resp, PAM_MAX_RESP_SIZE, stdin);
/* add code here to remove \n from fputs */
break;
case PAM_ERROR_MSG:
(void) fputs(m->msg, stderr);
break;
case PAM_TEXT_INFO:
(void) fputs(m->msg, stdout);
break;
default:
log_error();
break;
}
}
return (PAM_SUCCESS);
}
七、PAM SPI
当服务程序（ftpd、telnetd等）调用PAM API函数pam_xxx( )时，由PAM 框架（libpam）根据该服务在/etc/pam.conf文件中的配置调用指定的PAM模块中对应的SPI函数pam_sm_xxx( )。如下：
API函数的名字为pam_xxx( )，对应的SPI函数的名字为pam_sm_xxx( )，即每个服务模块需要引出相应的函数以供libpam调用。为方便对照，再列一下。
API 对应的 SPI
帐号管理 pam_acct_mgmt( ) pam_sm_acct_mgmt( )
认证管理 pam_authenticate( ) pam_ sm_authenticate( )
密码管理 pam_chauthtok( ) pam_ sm_chauthtok( )
会话管理 pam_open_session( ) pam_ sm_open_session( )
会话管理 pam_close_session( ) pam_ sm_close_session( )
认证管理 pam_setcred( ) pam_ sm_setcred( )
八、常用的PAM服务模块
下面是Linux提供的PAM模块列表（只是其中一部分）：
模块文件 模块功能描述 相关配置文件
pam_access 提供logdaemon风格的登录控制 /etc/security/access.conf
pam_chroot 提供类似chroot命令的功能
pam_cracklib 对密码的强度进行一定的检查 库文件libcrack和字典文件
/usr/lib/cracklib_dict
pam_deny 总是无条件地使认证失败
pam_env 设置或取消环境变量 /etc/security/pam_env.conf
pam_filter 对输入输出流进行过滤 filters
pam_ftp.so 对匿名ftp用户进行认证
pam_group 当用户在指定的终端上请求指定的 /etc/security/group.conf
服务时赋予该用户相应的组权限
pam_issue 在提示用户输入用户名之前显示 /etc/issue
/etc/issue文件的内容
pam_krb4 对用户密码进行Kerberos认证 相应的Kerberos库文件
pam_lastlog 在用户登录成功后显示关于 /var/log/lastlog
用户上次登录的信息，并维护
/var/log/lastlog文件。
pam_limits 限制用户会话所能使用的系统资源 /etc/security/limits.conf
pam_listfile 根据指定的某个文件决定是否 例如/etc/ftpusers
允许或禁止提供服务
pam_mail 检查用户的邮箱中是否有新邮件 /var/spool/mail/xxxx
pam_mkhomedir 为用户建立主目录 /etc/skel/
pam_motd 显示/etc/motd文件的内容 /etc/motd
pam_nologin 根据/etc/nologin文件的存在与否 /etc/nologin
来决定用户认证是否成功
pam_permit 总是无条件地使认证成功
pam_pwdb 作为pam_unix_xxxx模块的一个替代。/etc/pwdb.conf
使用Password Database通用接口
进行认证。
pam_radius 提供远程身份验证拨入用户服务
(RADIUS)的认证
pam_rhosts_auth 利用文件~/.rhosts和 /etc/hosts.equiv和~/.rhosts
/etc/hosts.equiv对用户进行认证。
pam_rootok 检查用户是否为超级用户，如果
是超级用户则无条件地通过认证。
pam_securetty 提供标准的Unix securetty检查 /etc/securetty
pam_time 提供基于时间的控制，比如限制 /etc/security/time.conf
用户只能在某个时间段内才能登录
pam_unix 提供标准的Unix认证 /etc/passwd和 /etc/shadow
pam_userdb 利用Berkeley DB数据库来检查 Berkeley DB
用户/密码
pam_warn 利用syslog( )记录一条告警信息
pam_wheel 只允许wheel组的用户有超级用户
的存取权限
参考资料：
1、DCE/OSF-RFC 86.0
2、Linux-PAM documentation & source code
3、Sun Solaris PAM documentation
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