Zwei-Faktor-Authentisierung mit Yubico OTP

Zeitbasierte Einmalpasswörter, sogenannte TOTP, finden mittlerweile eine weite Verbreitung. In früheren Artikeln haben wir bereits beschrieben, wie diese zur Absicherung von PAM-fähigen Diensten eingesetzt und bequem verteilt werden können.

Durch den Einsatz von Passwort-Managern oder Generator-Apps können jederzeit problemlos aktuelle TOTP erstellt werden. Diese werden dann per Copy & Paste oder von Hand beim Login eingegeben.

Die hierfür verwendeten Shared Secrets werden von der Anwendung in einem besonders abgesicherten Speicherbereich abgelegt, in dem diese vor dem Zugriff anderer Anwendungen geschützt sein sollen. Die meisten Anwendungen bieten ihren Benutzern jedoch die Möglichkeit den Speicherbereich auch im Nachhinein auszulesen – ein unbefugter Benutzer könnte so unbemerkt das Shared Secret erlangen.

Abhilfe versprechen USB-Sticks wie Nitrokeys oder Yubikeys als sicherer Ablageort für TOTP Secrets. Einmal auf dem Stick abgelegte Secrets können nicht mehr ausgelesen, sondern höchstens überschrieben werden. Einzig der in dem Stick befindliche Generator hat lesenden Zugriff auf den Speicherbereich, um ein TOTP erstellen zu können. Das erstellte TOTP wird von einer eigens hierfür vorgesehenen Anwendung über die USB-Schnittstelle angefordert und ausgelesen; per Copy & Paste können diese dann zur Authentisierung verwendet werden.

Yubikeys sind vielen vor allem dadurch bekannt, dass sie erzeugte Token auf Knopfdruck “wie von Geisterhand” in ein Formular eintragen können. Hierzu meldet sich der Yubikey beim Einstecken in einen USB-Port als Tastatur beim Rechner an. Wird der Knopf am Yubikey gedrückt, gibt dieser dann beispielsweise das angeforderte Token selbsttätig an der aktuellen Cursorposition ein.

Da ein Yubikey jedoch nicht über eine eingebaute Echtzeituhr verfügt, können TOTP, welche auf der aktuellen Uhrzeit basieren, nicht auf dem Stick selbst erzeugt und auf diese Art und Weise an das System übertragen werden. Die oben erwähnte Anwendung auf dem Rechner ist für die Erstellung von TOTP also unumgänglich.

Yubico OTP

Neben Speicherplätzen für TOTP-Secrets unterstützen Yubikeys jedoch auch das Verfahren “Yubico OTP”, eine offen dokumentierte Eigenentwicklung von Yubico, welche durch die Verwendung von Zeitstempeln und Zählern mit einem zeitbasierten Verfahren wie TOTP vergleichbar ist. Die Token können direkt auf dem Stick erzeugt und per Knopfdruck als Tastatureingabe an den Computer übertragen werden.

Im Gegensatz zu TOTP erfolgt die Überprüfung von Yubico OTP Token jedoch nicht direkt auf dem Rechner, an dem der Login stattfindet, sondern über einen Validation Service. Dieser Dienst wird von Yubico in seiner YubiCloud nach einmaliger Registrierung kostenfrei zur Verfügung gestellt, kann aber auch on premise selbst betrieben werden.

Auch bei Yubico OTP muss beiden Seiten ein Shared Secret bekannt sein. Der Validierungsdienst überprüft, ob die übermittelten Daten mit dem zur Seriennummer des Yubikey gehörigen Secret verschlüsselt wurden und diese Daten gültig sind.

Yubikeys sind bei der Auslieferung bereits mit einem der Yubico Cloud bekannten Shared Secret konfiguriert, sodass Admins, welche Yubicos cloudbasierte Validierung verwenden, lokal lediglich einem Benutzerkonto die Seriennummer des Yubikey zuweisen müssen.

Vorarbeiten

Wie für TOTP existiert auch für den Einsatz von Yubico OTP ein PAM-Modul, welches in den offiziellen Paketquellen vorhanden ist. Vor dem Einrichtung müssen jedoch noch einige Vorbereitungen getroffen werden.

Yubikey ID

Neue Yubikey sind werksseitig so programmiert, dass sie bei Tastendruck ein Yubico OTP ausgeben. Das hierfür verwendete Shared Secret ist Yubico bekannt, sodass Dienste wie YubiCloud die erzeugten OTP verifizieren können.

Ein Yubico OTP ist eine 44 Zeichen lange Zeichenkette, welche aus einem öffentlichen, 12 Zeichen langen Teil – der Yubikey ID, und einem verschlüsselten, 32 Zeichen langen Teil besteht. Der genaue Aufbau ist in der Entwicklerdokumentation beschrieben. Interessantes Detail: Durch die Verwendung von Modhex werden für Token nur Zeichen verwendet, welche auf den gängigsten Tastaturbelegungen (QWERTY, QWERTZ, AZERTY) an gleicher Stelle vorhanden sind, sodass die Eingabe unabhängig von der Belegung erfolgen kann.

Mittels der Yubikey ID kann der Yubikey später einem Benutzer zugeordnet werden. Werkseitig besteht diese ID aus der Zeichenkette cccccc sowie der Seriennummer des Yubikey in Modhex. Die Seriennummer des Yubikey befindet sich auf der Rückseite der Kontakte des USB-Anschlusses, kann aber auch einfach aus einem erzeugten Yubico OTP oder mithilfe der Yubikey Personalization GUI ab- bzw. ausgelesen werden.

Wurde die Konfiguration des Yubikey zwischenzeitlich verändert oder überschrieben, kann mit Hilfe der Yubikey Personalization GUI eine neue Konfiguration erzeugt und das Shared Secret an Yubico übermittelt werden.

Auf der Yubico Demo Website kann überprüft werden, ob eine Validierung der erzeugten OTP mittels der YubiCloud erfolgreich ist.

Registrierung

Um den Validierungs-Service YubiCloud für eigene Dienste nutzen zu können, ist eine vorherige Registrierung notwendig.

Unter https://upgrade.yubico.com/getapikey/ trägt man hierfür seine E-Mail-Adresse ein und bestätigt die Registrierung mit einem Yubikey OTP. Hierfür wird der Yubikey in einen USB-Port gesteckt, sodass dieser bei Knopfdruck das Feld Yubikey OTP ausfüllen kann.

Auf der folgenden Seite erhält man dann seine Client ID sowie den zugehörigen Secret key. Diese werden bei der Einrichtung des PAM-Moduls benötigt.

Einrichtung

Das Yubico PAM-Modul ist in den offiziellen Quellen der gängigen Distributionen enthalten und kann somit bequem aus diesen installiert werden. Unter Debian lautet der Paketname libpam-yubico.

Leider enthält das aktuelle Paket einen Bug, durch den PAM das Modul nicht finden kann. In der Logdatei /var/log/auth.log findet sich dann nach einer fehlgeschlagenen Authentisierung dann der folgende Eintrag:

PAM unable to dlopen(pam_yubico.so): /lib/x86_64-linux-gnu/security/pam_yubico.so: cannot open shared object file: No such file or directory

Obwohl PAM das Modul pam_yubico.so im Ordner /lib/x86_64-linux-gnu/security/ erwartet liegt es tatsächlich im Ordner /lib/security/. Das Problem kann durch das Anlegen eines symbolischen Links (Symlink) behoben werden:

# ln -s /lib/security/pam_yubico.so /lib/x86_64-linux-gnu/security/pam_yubico.so

PAM

Um das PAM-Modul zur Authentisierung nutzen zu können, müssen die Service-Definitionen der entsprechenden Dienste angepasst werden. Zur Vorgehensweise sei auf den früheren Artikel Zwei-Faktor-Authentisierung für OpenSSH und OpenVPN verwiesen.

Statt des Moduls pam_oath.so, muss in diesem Fall jedoch das Modul pam_yubico.so konfiguriert werden:

auth require pam_yubico.so id=00000 key=xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx authfile=/etc/yubikey_mappings

Für die Parameter id und key werden hier die bei der Registrierung erhaltene Client ID respektive der Secret key eingetragen. Der Parameter authfile verweist auf eine noch zu erstellende Textdatei, welche Yubikey IDs auf Benutzerkonten abbildet.

Mapping

Um Yubikey IDs und Benutzerkonten aufeinander abbilden (mappen) zu können reicht in den meisten Fällen eine einfache Textdatei aus. Diese Datei enthält pro Zeile einen Benutzernamen und beliebig viele Yubikey IDs, getrennt durch Doppelpunkte.

Hat Alice den Yubikey mit der ID ccccccredtiv erhalten, lautet das entsprechende Mapping:

alice:ccccccredtiv

Diese Datei wird entsprechend der obigen Konfiguration des PAM-Moduls als /etc/yubikey_mappings gespeichert. Verbindet und authentifiziert sich ein Benutzer mit einem konfigurierten Dienst, validiert pam_yubico nicht nur das übermittelte OTP, sondern überprüft außerdem die Zugehörigkeit des Yubikeys zum entsprechenden Benutzernamen.

Ein solches Mapping kann bei einer größeren Anzahl von Benutzern auch bequem über ein LDAP-Verzeichnis erfolgen. Die entsprechenden Parameter finden sich in der Dokumentation, benötigte Schemata werden von Michael Ludvig zur Verfügung gestellt.

Betrieb eines eigenen Dienstes

Yubico bieten mit ihren vorprogrammierten Yubikeys und der YubiCloud eine schnelle und einfache Lösung bestehende Dienste um eine Zwei-Faktor-Authentisierung mit Yubico OTP zu erweitern. Wer jedoch nicht von einem externen Dienstleister abhängig sein oder vielleicht aus Datenschutz gründen seine Metadaten für sich behalten möchte, kann seinen eigenen Validierungs-Service betreiben.

Hierzu müssen zwei Dienste, ein Validation Server sowie ein Key Storage Module, eingerichtet werden.

Der Validation Server implementiert die Yubico API zur Validierung von Yubico OTP, welche auch in der YubiCloud zum Einsatz kommt. Das PAM-Modul pam_yubico kann durch Angabe einer URL so konfiguriert werden, dass es statt der YubiCloud einen anderen Validation Server nutzt.

Das Key Storage Module dient der sicheren Aufbewahrung der Shared Secrets der eingesetzten YubiKeys sowie der Entschlüsselung von OTP für eine Überprüfung durch den Validation Server.

Die Installation und Einrichtung dieser Dienste würden den Rahmen dieses grundlegenden Artikels deutlich sprengen. Dieser Thematik wird sich zeitnah ein gesonderter Artikel annehmen.

Unterstützung

Falls Sie Unterstützung bei der Konfiguration oder dem Einsatz von Zwei-Faktor-Authentisierung wünschen, steht Ihnen unser Open Source Support Center gerne zur Verfügung – falls gewünscht auch 24 Stunden am Tag, an 365 Tagen im Jahr.

über den Autor

Jan Bolle

zur Person

Jan arbeitet seit 2020 an Projekten des Support–Teams und der Internen IT, nachdem er bereits sein Praktikum im Rahmen seines Informatikstudiums bei credativ absolvierte und auch seine Bachelorarbeit zum Thema Einmalpasswörter, Zwei–Faktor–Authentisierung und OpenVPN bei credativ schrieb. Bereits zu Schulzeiten interessierte er sich für Freie Software, Netzwerke und Telekommunikation und richtete zusammen mit Mitschülern ein Internetcafé ein, auf dessen Server und Clients Debian GNU/Linux seinen Dienst verrichtete.

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