如何在 Ubuntu 20.04 上为 SSH 设置多重身份验证

作者选择了COVID-19 救济基金来接受捐赠，作为Write for DOnations计划的一部分。

介绍

SSH 默认使用密码进行身份验证，大多数 SSH 强化说明建议改用 SSH 密钥。然而，SSH 密钥仍然只是一个因素，虽然是一个更安全的因素。通道是您计算机上的终端，通过加密隧道将数据发送到远程机器。但是就像黑客可以猜出密码一样，他们可以窃取 SSH 密钥，然后在任何一种情况下，攻击者都可以使用该单条数据访问您的远程系统。

在本教程中，我们将设置多因素身份验证来解决这个问题。多因素身份验证(MFA) 或双因素身份验证(2FA) 需要不止一个因素来进行身份验证或登录。这意味着不良行为者必须妥协多项内容，例如您的计算机和手机，才能进入。那里身份验证中使用的几种类型的因素：

  1. 你知道的东西，比如密码或安全问题
  2. 您拥有的东西，例如身份验证器应用程序或安全令牌
  3. 你是什么，比如你的指纹或声音

一个常见因素是 OATH-TOTP 应用程序，例如 Google 身份验证器。OATH-TOTP（Open Authentication Time-Based One-Time Password）是一种开放式协议，可生成一次性使用密码，通常是每 30 秒循环一次的六位数字。

除了 SSH 密钥之外，本文还将介绍如何使用 OATH-TOTP 应用程序启用 SSH 身份验证。通过 SSH 登录您的服务器将需要跨两个通道的两个因素，从而使其比单独的密码或 SSH 密钥更安全。此外，我们还将介绍 MFA 的一些其他用例以及一些有用的提示和技巧。

如果您正在寻求有关保护 SSH 连接的进一步指导，请查看有关强化 OpenSSH和强化 OpenSSH 客户端的这些教程。

先决条件

要学习本教程，您需要：

  • 一台带有 sudo 非 root 用户、SSH 密钥和防火墙的Ubuntu 20.04 服务器，您可以按照此初始服务器设置教程进行设置。
  • 安装了 OATH-TOTP 应用程序的智能手机或平板电脑，例如 Google 身份验证器（iOS、Android）。
  • 或者，您也可以使用名为“oathtool”的 Linux 命令行应用程序来生成 OATH-TOTP 代码。它在各种发行版存储库中可用
  • 如果您想保护您的 SSH 连接，这篇SSH Essentials文章中概述了几个很好的步骤，例如将用户列入白名单、禁用 root 登录以及更改 SSH 使用的端口。

第 1 步 — 安装 Google 的 PAM

在这一步中，我们将安装和配置 Google 的 PAM。

PAM 代表Pluggable Authentication Module，是一种在 Linux 系统上用于对用户进行身份验证的身份验证基础结构。因为谷歌制作了一个 OATH-TOTP 应用程序，所以他们也制作了一个生成 TOTP 的 PAM，并与任何 OATH-TOTP 应用程序完全兼容，如 Google Authenticator 或Authy。

首先，更新 Ubuntu 的存储库缓存：

  • sudo apt-get update

接下来，安装 PAM：

  • sudo apt-get install libpam-google-authenticator

安装 PAM 后，我们将使用 PAM 附带的帮助应用程序为需要第二个因素的用户生成 TOTP 密钥。此密钥是在逐个用户的基础上生成的，而不是在系统范围内生成的。这意味着每个想要使用 TOTP 身份验证应用程序的用户都需要登录并运行助手应用程序以获取他们的密钥；您不能只运行一次就为每个人启用它（但本教程末尾有一些提示，可以为许多用户设置或要求 MFA）。

运行初始化应用程序：

  • google-authenticator

运行命令后，应用程序会询问一些问题。第一个询问身份验证令牌是否应该基于时间：

Output
Do you want authentication tokens to be time-based (y/n) y

此 PAM 允许基于时间或基于顺序的令牌。使用基于顺序的令牌意味着代码从某个点开始，然后在每次使用后递增代码。使用基于时间的令牌意味着代码在特定时间范围后发生变化。我们将坚持基于时间，因为这是像 Google Authenticator 这样的应用程序所期望的，所以回答y是。

回答完这个问题后，很多输出会滚动过去，包括一个大的二维码。使用手机上的身份验证器应用程序扫描二维码或手动输入密钥。如果二维码太大无法扫描，您可以使用二维码上方的 URL 获取较小的版本。添加后，您会在应用中看到每 30 秒更改一次的六位数代码。

注意：确保将密钥、验证码和恢复码记录在安全的地方，例如密码管理器。例如，如果您无法访问 TOTP 应用程序，则恢复代码是重新获得访问权限的唯一方法。

其余问题告知 PAM 如何运作。我们将一一介绍：

Output
Do you want me to update your "~/.google_authenticator" file (y/n) y

这会将密钥和选项写入.google_authenticator文件。如果您说不，程序将退出并且没有写入任何内容，这意味着身份验证器将无法工作：

Output
Do you want to disallow multiple uses of the same authentication
token? This restricts you to one login about every 30s, but it increases
your chances to notice or even prevent man-in-the-middle attacks (y/n) y

通过在此处回答“是”，您可以通过使每个代码在使用后立即过期来防止重放攻击。这可以防止攻击者捕获您刚刚使用的代码并使用它登录：

Output
By default, a new token is generated every 30 seconds by the mobile app.
In order to compensate for possible time-skew between the client and the server,
we allow an extra token before and after the current time. This allows for a
time skew of up to 30 seconds between the authentication server and client. Suppose you
experience problems with poor time synchronization. In that case, you can increase the window
from its default size of 3 permitted codes (one previous code, the current
code, the next code) to 17 permitted codes (the eight previous codes, the current
code, and the eight next codes). This will permit a time skew of up to 4 minutes
between client and server.
Do you want to do so? (y/n) n

在这里回答是允许在移动的四分钟窗口中最多 17 个有效代码。通过回答“否”，您可以在 1:30 分钟的滚动窗口内将其限制为 3 个有效代码。除非您发现 1:30 分钟窗口有问题，否则回答“否”是更安全的选择。您可以稍后在.google_authenticator存储在主目录根目录的文件中更改此设置：

Output
If the computer that you are logging into isn't hardened against brute-force
login attempts, you can enable rate-limiting for the authentication module.
By default, this limits attackers to no more than three login attempts every 30s.
Do you want to enable rate-limiting (y/n) y

速率限制意味着远程攻击者只能尝试一定数量的猜测，然后被迫等待一段时间才能再次尝试。如果您之前没有直接在 SSH 中配置速率限制，现在这样做是一种很好的强化技术。

注意：完成此设置后，如果您想备份您的密钥，您可以将~/.google-authenticator文件复制到受信任的位置。从那里，您可以将其部署在其他系统上或在备份后重新部署。

现在 Google 的 PAM 已安装和配置，下一步是配置 SSH 以使用您的 TOTP 密钥。我们需要告诉 SSH 有关 PAM 的信息，然后配置 SSH 以使用它。

步骤 2 — 配置 OpenSSH 以使用 MFA/2FA

因为我们将通过 SSH 进行 SSH 更改，所以永远不要关闭您的初始 SSH 连接，这一点很重要。相反，打开第二个 SSH 会话进行测试。这是为了避免在 SSH 配置中出现错误时将自己锁定在服务器之外。一旦一切正常，您就可以安全地关闭任何会话。另一个安全预防措施是创建您将编辑的系统文件的备份，因此如果出现问题，您可以\s恢复到原始文件并使用干净的配置重新开始。

首先，备份sshd配置文件：

  • sudo cp /etc/pam.d/sshd /etc/pam.d/sshd.bak

现在使用nano或您喜欢的文本编辑器打开文件：

  • sudo nano /etc/pam.d/sshd

将以下行添加到文件底部：

/etc/pam.d/sshd
. . .
# Standard Un*x password updating.
@include common-password
auth required pam_google_authenticator.so nullok
auth required pam_permit.so

nullok最后一行末尾的单词告诉 PAM 此身份验证方法是可选的。这允许没有 OATH-TOTP 令牌的用户仍然只使用他们的 SSH 密钥登录。一旦所有用户都拥有 OATH-TOTP 令牌，您可以nullok从此行中删除以强制执行 MFA。pam_permit.so如果用户不使用 MFA 令牌登录，则需要第二行以允许身份验证。登录时，每种方法都需要一个 SUCCESS 以允许身份验证。如果用户不使用 MFA 身份验证工具，则使用该nullok选项将为交互式键盘身份验证返回 IGNORE。pam_permit.so然后返回 SUCCESS 并允许进行身份验证。

保存并关闭文件。

接下来，我们将配置 SSH 以支持这种身份验证。

首先备份文件：

  • sudo cp /etc/ssh/sshd_config /etc/ssh/sshd_config.bak

  •

现在打开 SSH 配置文件进行编辑：

  • sudo nano /etc/ssh/sshd_config

查找ChallengeResponseAuthentication并将其值设置为yes：

/etc/ssh/sshd_config
. . .
# Change to yes to enable challenge-response passwords (beware issues with
# some PAM modules and threads)
ChallengeResponseAuthentication yes
. . .

保存并关闭文件，然后重新启动 SSH 以重新加载配置文件。重新启动sshd服务不会关闭我们当前打开的连接，这意味着您不会冒险使用以下命令锁定自己：

  • sudo systemctl restart sshd.service

要测试到目前为止一切正常，请打开另一个终端并尝试通过 SSH 登录。保持当前 SSH 会话处于打开状态并使用其他会话进行测试非常重要，否则您将在某个时候将自己锁定，并且需要使用 Web 控制台让自己重新进入。

注意：如果您之前创建了一个 SSH 密钥并正在使用它，您会注意到您不必输入用户密码或 MFA 验证码。这是因为默认情况下 SSH 密钥会覆盖所有其他身份验证选项。否则，您应该会收到密码和验证码提示。

接下来，要启用 SSH 密钥作为一个因素并启用验证码作为第二个因素，我们需要告诉 SSH 使用哪些因素并防止 SSH 密钥覆盖所有其他类型。

第 3 步 – 让 SSH 了解 MFA

如果您使用 SSH 密钥，MFA 仍然无法正常工作。要让 SSH 识别 MFA，请重新打开sshd配置文件：

  • sudo nano /etc/ssh/sshd_config

在文件底部添加以下行。这会告诉 SSH 需要哪些身份验证方法。我们告诉 SSH 用户需要一个 SSH 密钥和密码或验证码（或所有三个）：

/etc/ssh/sshd_config
. . .
AuthenticationMethods publickey,password publickey,keyboard-interactive

保存并关闭文件。

接下来，sshd再次打开 PAM配置文件：

  • sudo nano /etc/pam.d/sshd

找到该行@include common-auth并通过添加一个#字符作为该行的第一个字符将其注释掉。这告诉 PAM 不要提示输入密码：

/etc/pam.d/sshd
. . .
# Standard Un*x authentication.
#@include common-auth
. . .

保存并关闭文件，然后重新启动 SSH：

  • sudo systemctl restart sshd.service

现在尝试使用不同的终端会话/窗口再次登录服务器。与上次不同，SSH 应该要求您提供验证码。输入它，您将完成登录。尽管没有迹象表明您的 SSH 密钥已被使用，但您的登录尝试使用了两个因素。如果要验证这一点，可以-v在 SSH 命令后添加（详细）。

该-v开关将产生这样的输出：

Example SSH output\
. . .
debug1: Authentications that can continue: publickey
debug1: Next authentication method: publickey
debug1: Offering RSA public key: /Users/sammy/.ssh/id_rsa
debug1: Server accepts key: pkalg rsa-sha2-512 blen 279
Authenticated with partial success.
debug1: Authentications that can continue: password,keyboard-interactive
debug1: Next authentication method: keyboard-interactive
Verification code:

在输出结束时，您将看到 SSH 在哪里使用您的 SSH 密钥，然后要求输入验证码。您现在可以使用 SSH 密钥和一次性密码通过 SSH 登录。如果要强制执行所有三种身份验证类型，可以按照下一步操作。

恭喜，当您通过 SSH 远程登录到您的服务器时，您已成功添加第二个因素。如果这是您想要的——使用您的 SSH 密钥和 TOTP 令牌为 SSH 启用 MFA（对于大多数人来说，这是最佳配置）——那么您就完成了。

下面是一些恢复、自动使用等方面的提示和技巧。

第 4 步 – 添加第三个因素（可选）

在第 3 步中，我们在sshd_config文件中列出了批准的身份验证类型：

  1. publickey （SSH 密钥）
  2. password publickey （密码）
  3. keyboard-interactive （验证码）

尽管我们列出了三个不同的因素，但到目前为止我们选择的选项只允许使用 SSH 密钥和验证码。如果您希望拥有所有三个因素（SSH 密钥、密码和验证码），只需进行一次快速更改即可启用所有三个因素。

打开 PAMsshd配置文件：

  • sudo nano /etc/pam.d/sshd

找到您之前#@include common-auth注释掉的行，然后通过删除该#字符来取消注释该行。保存并关闭文件。现在再次重启 SSH：

  • sudo systemctl restart sshd.service

通过启用该选项@include common-auth，PAM 除了检查 SSH 密钥和要求验证码之外，现在还会提示输入密码，这是我们以前工作过的。现在我们可以通过两个不同的渠道（您的计算机用于 SSH 密钥，您的手机用于 TOTP 令牌）使用我们知道的东西（密码）和我们拥有的两种不同类型的东西（SSH 密钥和验证码）。

步骤 5 — 恢复对 Google MFA 的访问权限（可选）

与您加固和保护的任何系统一样，您有责任管理该安全性。在这种情况下，这意味着不会丢失您的 SSH 密钥或 TOTP 密钥，并确保您可以访问您的 TOTP 应用程序。但是，有时会发生一些事情，您可能会失去对需要进入的密钥或应用程序的控制。

丢失您的 TOTP 密钥

如果您丢失了 TOTP 密钥，您可以将恢复过程分为几个步骤。第一个是在不知道验证码的情况下返回，第二个是找到密钥或重新生成它以进行正常的 MFA 登录。如果您获得一部新手机并且不将您的秘密转移到新的身份验证器应用程序，则通常会发生这种情况。

要在 DigitalOcean Droplet 上丢失 TOTP 密钥后进入，您可以使用仪表板中的虚拟控制台使用您的用户名和密码登录。这是有效的，因为我们仅使用 MFA 保护您的用户帐户以进行 SSH 连接。非 ssh 连接（例如控制台登录）不使用 Google Authenticator PAM 模块。

如果您使用的是非 Droplet 系统，那么您有两种方法可以重新获得访问权限：

  1. 对系统的控制台（本地/非 ssh）访问（通常是物理访问或通过 iDrac 之类的东西）
  2. 有一个没有启用 MFA 的不同用户

第二个选项是不太安全的选项，因为使用 MFA 的目的是加强所有 SSH 连接，但如果您无法访问 MFA 身份验证器应用程序，它是一种故障保护。

登录后，有两种方法可以帮助获取 TOTP 密码：

  1. 恢复现有密钥
  2. 生成新密钥

在每个用户的主目录中，密钥和 Google 身份验证器设置保存在一个~/.google-authenticator文件中。该文件的第一行是一个密钥。获取密钥的一种快速方法是执行以下命令，该命令会显示google-authenticator文件的第一行（即密钥）。然后，获取该密钥并手动将其输入到 TOTP 应用程序中：

  • head -n 1 /home/sammy/.google_authenticator

恢复现有密钥后，您可以将其手动输入到您的身份验证器应用程序中，也可以在下面的 URL 中填写相关详细信息，然后让 Google 生成一个二维码供您扫描。您需要添加您的用户名、主机名、.google-authenticator文件中的密钥，然后添加您为“entry-name-in-auth-app”选择的任何名称，以便轻松识别此密钥与不同的 TOTP 令牌：

https://www.google.com/chart?chs=200x200&chld=M|0&cht=qr&chl=otpauth://totp/username@hostname%3Fsecret%3D16-char-secret%26issuer%3Dentry-name-in-auth-app

如果有理由不使用现有密钥（例如，无法轻松安全地与受影响的用户共享密钥），您可以~/.google-authenticator彻底删除该文件。这将允许用户仅使用一个因素再次登录，假设您没有通过删除该nullok选项来强制执行 MFA 。然后它们可以运行google-authenticator以生成新密钥。

无法访问 TOTP 应用程序

如果您需要登录到您的服务器但无法访问您的 TOTP 应用程序来获取您的验证码，您仍然可以使用您第一次创建您的密钥时显示的恢复码登录，并且是最后五个该行.google-authenticator的文件。请注意，这些恢复代码是一次性使用的。但是，要使其发挥作用，您需要在无法访问 TOTP 应用程序时使您的恢复代码可用。

步骤 6 — 更改身份验证设置（可选）

如果您想在初始配置后更改 MFA 设置，而不是使用更新的设置生成新配置，您只需编辑~/.google-authenticator文件即可。此文件中的选项以下列方式显示：

.google-authenticator 布局
<secret key>
<options>
<recovery codes>

在这个文件中设置的选项在选项部分有一行；如果您在初始设置期间对特定选项回答“否”，则程序会排除相应的选项。

以下是您可以对此文件进行的一些更改：

  • 要启用顺序代码而不是基于时间的代码，请将行更改" TOTP_AUTH为" HOTP_COUNTER 1。
  • 要允许多次使用单个代码，请删除该行" DISALLOW_REUSE。
  • 要将代码过期窗口延长至 4 分钟，请添加行" WINDOW_SIZE 17。
  • 要禁用多次失败登录（速率限制），请删除该行" RATE_LIMIT 3 30。
  • 要更改速率限制阈值，请找到该行" RATE_LIMIT 3 30并调整数字。的3原始指示在一段尝试的次数，和30表示以秒为单位的时间。
  • 要禁用恢复代码，请删除文件底部的五个八位数代码。

第 7 步 – 避免对某些帐户进行 MFA（可选）

可能存在单个用户或几个服务帐户（即应用程序使用的帐户，而不是人类使用的帐户）需要在未启用 MFA 的情况下进行 SSH 访问的情况。例如，某些使用 SSH 的应用程序（如某些 FTP 客户端）可能不支持 MFA。如果应用程序无法请求验证码，则请求可能会卡住，直到 SSH 连接超时。

要控制对用户使用哪些因素，您可以编辑 /etc/pam.d/sshd 文件。

要允许某些帐户使用 MFA 而仅允许其他帐户使用 SSH，请确保以下设置处于/etc/pam.d/sshd活动状态：

/etc/pam.d/sshd
# PAM configuration for the Secure Shell service

# Standard Un*x authentication.
#@include common-auth

. . .

# Standard Un*x password updating.
@include common-password
auth required pam_google_authenticator.so nullok

此处@include common-auth注释掉，因为需要禁用密码。如果某些帐户禁用了 MFA，则您无法强制 MFA，因此将nullok选项保留在最后一行。

设置此配置后，google-authenticator以任何需要 MFA 的用户身份运行，不要为只会使用 SSH 密钥的用户运行它。

步骤 8 — 使用配置管理自动设置（可选）

许多系统管理员使用配置管理工具（如 Puppet、Chef 或 Ansible）来管理他们的系统。每当新用户创建帐户时，您都可以使用这样的系统来安装和设置密钥。

google-authenticator支持命令行开关以在单个非交互式命令中设置所有选项。要查看所有选项，您可以键入google-authenticator --help。以下是按照步骤 1 中概述的方式设置所有内容的命令：

  • google-authenticator -t -d -f -r 3 -R 30 -w 3

上面引用的选项如下：

  • -t => 基于时间的计数器
  • -d => 禁止令牌重用
  • -f => 强制将设置写入文件而不提示用户
  • -r => 尝试输入正确代码的次数
  • -R => 用户可以尝试输入正确代码的时间（以秒为单位）
  • -w => 一次可以有多少有效代码（这指的是有效代码的 1:30 分钟 – 4 分钟窗口）

这将完全配置验证器，将其保存到文件中，然后输出密钥、二维码和恢复码。（如果您添加 flag -q，则不会有任何输出。）如果您以自动方式使用此命令，请确保您的脚本捕获密钥和/或恢复代码并使它们可供用户使用。

步骤 9 — 为所有用户强制 MFA（可选）

如果您想对所有用户强制 MFA，即使是在第一次登录时，或者不想依赖您的用户生成他们的密钥，有一个快速的方法来处理这个问题。您可以.google-authenticator为每个用户使用相同的文件，因为文件中没有存储特定于用户的数据。

为此，在创建配置文件后，特权用户需要将该文件复制到每个主目录的根目录，并将其权限更改为适当的用户。您还可以将文件复制到/etc/skel/，在创建时自动将文件复制到每个新用户的主目录。

警告：这可能是一个安全风险，因为每个人都共享相同的第二个因素。这意味着如果它被泄露，就好像每个用户只有一个因素。如果您想使用这种方法，请考虑这一点。

另一种强制创建用户密钥的方法是使用 bash 脚本：

  1. 创建一个 TOTP 令牌，
  2. 提示他们下载 Google Authenticator 应用程序并扫描将显示的二维码，以及
  3. google-authenticator在检查.google-authenticator文件是否已存在后为他们运行应用程序。

为确保脚本在用户登录时运行，您可以为其命名并将其.bash_login放置在其主目录的根目录中。

结论

在本教程中，您跨两个通道（您的计算机 + 您的手机）向您的服务器添加了两个因素（一个 SSH 密钥 + MFA 令牌）。您使外部代理很难通过 SSH 强行进入您的机器，并大大提高了您机器的安全性。

请记住，如果您正在寻求有关保护 SSH 连接的进一步指导，请查看有关强化 OpenSSH和强化 OpenSSH 客户端的这些教程。

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