使用 libtasn1 库解析 Kerberos 网络包

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“libtasn1”

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KRB5、ASN.1 简介

最近因工作需要，要从Kerberos（接下来简称krb5）的 pcap 文件中提取 cname 之类的字段，在网上搜了一大推，基本上都是介绍 krb5 的原理，其中我觉得讲的比较好的是《Wireshark网络分析就是这么简单》一书中的“无懈可击的Kerberos”，在微信读书里就可以收到，看完之后开始研究如何从 pcap 文件中提取想要字段的值，发现 wireshark 中展示的字段之间都有一些不知道是啥的数据，比如下面两幅图展示的：

在 pvno 和 msg-type 中差了有4个字节，意义不明，百度了一大圈不知道为啥，同事看了下说它的格式看起来像是 tlv（type-len-value），算了算好像差不多是这样，然后Google了一圈，再结合Kerberos的[RFC文档](rfc4120 (ietf.org))，发现Kerberos 使用了一个叫 ASN.1 的抽象数据定义格式，并且将数据再通过 DER 编码方式（基本上可以看做稍微复杂一点的 TLV）编码了一下，我直接好家伙，ASN.1 定义了十多种基本数据格式，还有几种复合数据类型，这要是自己写代码手动解析工作量直接上天。

这里先插几句：

1. Kerberos 的 ASN.1 定义可以在其 RFC 文档的附录中找到，你要是不想手动复制下来（接下来要用到），在 [wireshark 源码](epan/dissectors/asn1/kerberos/KerberosV5Spec2.asn · master · Wireshark Foundation / wireshark · GitLab)里可以找到，直接下下来就好；
2. ASN.1 文件在 vscode 里没有高亮，看着很难受，可以安装一个就要 ASN.1 的插件，其中介绍部分讲了很多 ASN.1 的介绍之类（对 ASN.1 的吐槽）的可以好好看看；

这里做一个总结，Kerberos 使用 ASN.1 定义其整个数据结构，可以把它当做是一种比较复杂的结构体，然后将这个结构体使用 DER 编码后就得到了我们在 wireshark 中看到的数据了。要是这么说难以理解的话可以做一个类比——Kerberos 使用 JSON 定义其使用的各种字段，然后将其用 BASE64 编码，这样是不是好理解一些。
关于 ASN.1 ，这里有一篇文章讲的还不错，可以参考下，说的是更加简单些的 snmp 协议：SNMP从入门到开发：基础篇

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Libtasn1

安装

有了上述基础知识：Kerberos 认证的基本流程、ASN.1 格式各个字段的基本了解（SEQUENCE 和 SEQUENCE OF 一定要搞明白）、DER（或者BER，DER 基本就是加了一点限制的 BER，是它的子集）编码，接下来就要正式提取 Kerberos 字段了。

经过搜索发现有两个库可以参考：vlm/asn1c: The ASN.1 Compiler (github.com) 和 Libtasn1 - GNU Project - Free Software Foundation，前者生成出来的 .c 文件过于复杂繁多，不够简洁，于是这里我选择了 Libtasn1，Libtasn1 的安装十分简单，从我上面给的链接下载最新版本解压后执行./configure，然后make && make install 即可，安装完后，源码不要删掉，里面 test 文件夹下有许多可以参考的代码，结合 GNU Libtasn1 4.17.0 的官方文档使用更佳。

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libasn1 命令

安装完 Libtasn1 后会有如下几个命令：asn1Coding asn1Decoding asn1Parser，我们先从 asn1Parser 和 asn1Decoding 入手熟悉下 Libtasn1 的基本用法，首先新建 example.asn 文件：（摘自官方文档，居然有语法错误你敢信！）

MYPKIX1 {}

DEFINITIONS IMPLICIT TAGS ::=

BEGIN

OtherStruct ::= SEQUENCE {
    x       INTEGER,
    y       CHOICE {
    y1 INTEGER,
    y2 OCTET STRING
    }
}

Dss-Sig-Value ::= SEQUENCE {
    r       INTEGER,
    s       INTEGER,
    other   OtherStruct,
    z       INTEGER OPTIONAL
}

END
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然后输入

ans1Parse example.asn
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会在同级目录下生成一个example_asn1_tab.c 文件，其中包含了以后调用 Libtasn1 函数需要的一些数组。

接下来创建一个 example.asg文件，文件名随意，后缀名也随意，这个文件用于给我们上面定义的 ASN.1 赋值，内容如下：

dp MYPKIX1.Dss-Sig-Value

r 42
s 47
other.x 66
other.y y1
other.y.y1 15
z (NULL)
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然后输入：

asn1Coding example.asn example.asg
1

会得到如下结果：

最下面的 16 个字节就是Dss-Sig-Value 这个数据类型赋值以后 DER 编码后的结果，看一下是不是和 Kerberos 在 wireshark 中展示的很像呢。

等等，我们要的不是对数据编码要的是解码啊！莫急，这就来了，上面我们得到的二进制文件保存到了 example.out文件里，现在我想从里面读出先前赋值的那些数据咋办呢，在命令行中输入：

asn1Decoding example.asn example.out MYPKIX1.Dss-Sig-Value
1

其中第三个参数表明要解码的类型，结果如下图所示，可以看到先前赋值的结果都解析出来了包括类型、名字和取值。

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Libtasn1 API

上面介绍了使用命令行进行 ASN.1 文件的解析，数据的编解码，接下来介绍使用 Libtasn1 提供的 API 函数用代码完成这一过程

首先，Libtasn1 的头文件是 <libtasn1.h>，需要自行在代码中包含；

第1步：使用 ASN.1 格式的协议有许多，大家的协议字段定义都不相同，我们拿到了编码后的二进制文件，然后希望从中解析出有用的数据，首先就需要知道协议的 ASN.1 是什么，Libtasn1 库中使用树来描述这些定义，有两个 API 函数完成这一任务 asn1_parser2tree 和 asn1_array2tree，asn1_parser2tree 的参数是一个 asn 定义文件，而 asn1_array2tree 的参数是先前我们使用 ans1Parse 自动生成文件中定义的asn1_static_node数组，第一种方式需要读取本地文件并解析，所以本人揣测第二种方式效率更高，更佳推荐；参考代码如下：

asn1_node definitions = NULL;
char error_description[ASN1_MAX_ERROR_DESCRIPTION_SIZE];

ret = asn1_array2tree(krb5_asn1_tab, &definitions, error_description);
if(ret != ASN1_SUCCESS) return -1;
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上面的代码只包括最关键的部分，你也可以参考源码中 tests 目录下的代码，基本上都包含有这一步。

第1.1步：现在已经知道了协议的 ASN.1 定义，观察 Kerberos 的定义你会发现最顶层的类型定义不唯一，有好几个同级的定义，比如 AS-REQ、TGS-REQ，类型都是 KDC-REQ，但是其 APPLICATION 类型其实不同，在真正读取数据并解析之前，你需要知道你要解析的数据是这些类型中间的哪一个，这里可以使用 asn1_get_tag_der得到 APPLICATION 后面那个具体的值，具体参数就不解释了，这一步也并非所有人都需要，有需要的看官方的 API 文档写的很清楚。

第2步：在正式读取数据之前，我们要先给数据准备一个窝，这么说可能不太恰当，实际上就是创建一个 asn1_node，指明我们要解码的数据具体是定义中的哪一个，示例代码如下：

ret = asn1_create_element(definitions, "KerberosV5Spec2.AS-REQ", &asn1_element)
// definitions 是第一步得到的，"KerberosV5Spec2.AS-REQ" 表明读取解析的详细类型，asn1_element 使我们创建的 asn1_node
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第3步：经过前面的准备，就可以正式读取解析数据了，使用的 API 函数是asn1_der_decoding2，示例代码如下：

ret = asn1_der_decoding2(&asn1_element, buffer, &size, ASN1_DECODE_FLAG_ALLOW_PADDING | ASN1_DECODE_FLAG_STRICT_DER, error_description);
// asn1_element 是第二步创建的，以后就可以通过这个变量读取你想要的元素值了，buffer是要解析的数据，size 是 buffer 的大小
// ASN1_DECODE_FLAG_ALLOW_PADDING 表示忽略 der 编码后的 padding（来自文档），听起来很有用就加上了，
// ASN1_DECODE_FLAG_STRICT_DER 表明不会解析任何 BER 编码数据
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上述代码将数据按照 asn1_element 的定义，结合我们先前的代码就是把数据当做是一个AS-REQ 对象进行解析，并保存到 asn1_element 中。

第4步：读取数据，不要忘了我们最终的目的是读取数据，这里以读取 Kerberos 中的 cname 为例进行讲解；根据 Kerberos 的定义：

cname 的类型为 PrincipalName，其中 name-string 是一个列表，它的长度是不确定的，因此首先我们要获取 name-string 的元素个数，如下：

ret = asn1_number_of_elements(*element, "req-body.cname.name-string", &ele_num)
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这里"req-body.cname.name-string"表明你要读取的元素名称，element 使我们解析数据得到的 AS-REQ 对象，也就是之前代码里的 asn1_element，req-body 就在 AS-REQ 定义中的第一层，然后一层层用 . 作为分隔符写出你要的元素的路径，ele_num 保存元素个数。接下来循环遍历获取每一个 cname:

for (i = 0; i < ele_num; i++)
{
	sprintf(name, "req-body.cname.name-string.?%d", i + 1);
	ret = asn1_read_value(*element, name, data, &len);
	if (ret != ASN1_SUCCESS) {
		break;
    } else {
    	...
    }
}
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Libtasn1 使用 ?1、?2 这样的形式访问列表中的第一、二个元素，也就是代码中的req-body.cname.name-string.?%d，然后使用 asn1_read_value 读取元素的值。这个函数和 asn1_number_of_elements 的使用类似，就不解释了。

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基本上通过使用 Libtasn1 API 函数对 Kerberos 进行解析读取的套路就是上面那四步，如果你有其他需求的话，比如写入数据之类的，可以采用官方 API 配合源码测试代码的方式学习使用。

基于以上讲解，我写了个解析 Kerberos 网络包的小例子，地址在这里pcap_krb5_example，希望对你有所帮助。

注意事项

！！！！
内存泄漏问题：在使用 asn1_create_element 或者 asn1_array2tree 之类的函数创建了一个 asn1_node 后，需要调用 asn1_delete_structure 释放，否则会造成内存泄漏！

线程安全问题： 4.14 版本之前的 libtasn1，asn1_array2tree 是线程不安全的！！他妈的坑爹啊，centos7 使用 yum 安装的是 4.10 版本，需要手动编译安装。

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完。