01 引言
在当今的信息安全环境下，保护敏感数据和网络资源的安全至关重要。Kerberos认证协议作为一种强大的网络身份验证解决方案，被广泛应用于许多大型分布式系统中，如：Hadoop。而Java GSS（Generic Security Services）作为Java提供的通用安全服务，与Kerberos认证密切相关。
本文将探讨Java GSS和Kerberos认证的基本原理，以及它们之间的关系，同时介绍如何在Hadoop中应用Kerberos认证。
02 Java GSS 简介
详细的导读可以参考：https://www.baeldung.com/java-gss
Java GSS：是Java提供的一套用于网络安全的通用安全服务，它为Java应用程序提供了一致的、独立于底层安全机制的编程接口。
Java GSS 的主要目标：简化网络安全编程，并提供与各种安全机制的集成能力。
其中，它支持各种常见的安全机制，如 Kerberos 、SSL/TLS和数字证书 等，下图展示了GSS-API 与其内容的关系：
先简单了解kerberos认证的基本原理。
2.1 Kerberos认证基本原理
可以参考之前我写的博客：https://blog.csdn.net/qq_20042935/article/details/131281618
Kerberos是一个基于票据的身份验证协议，它通过使用共享密钥加密的票据进行认证和授权。
Kerberos认证协议的核心是Kerberos服务器（KDC）和客户端之间的相互信任，下面是Kerberos认证的基本流程：
- step1：客户端发送身份请求给KDC；
- step2：KDC验证客户端的身份，并生成一个票据授权给客户端；
- step3：客户端使用票据请求服务票据授权；
- step4：KDC验证客户端的请求，并生成一个服务票据授权给客户端；
- step5：客户端将服务票据授权发送给服务端；
- step6：服务端验证票据并向客户端发送一个加密的会话密钥；
- step7：客户端和服务端使用会话密钥进行通信。
2.2 Kerberos在Java GSS中的应用
Java GSS提供了一种使用Kerberos认证协议进行安全通信的方式，它通过Java GSS-API提供了对Kerberos协议的封装和支持，简化了开发者使用Kerberos进行身份验证和安全通信的过程。
Java GSS提供了以下关键功能：
- GSSContext：用于建立和管理安全上下文，支持与Kerberos服务器进行交互；
- GSSCredential：用于表示和管理Kerberos凭证，包括
Keytab文件和Principal； - GSSName：用于表示和管理Kerberos中的主体。
Java GSS与Kerberos的密切关系在于：Java GSS为开发者提供了一种简单而强大的方式来集成和使用Kerberos认证协议，实现安全的网络通信。 以下是相关的核心代码示例：
import javax.security.auth.Subject; import javax.security.auth.login.Configuration; import javax.security.auth.login.LoginContext; import javax.security.auth.login.LoginException; import org.ietf.jgss.*; public class GSSDemo { public static void main(String[] args) { try { // 设置Kerberos配置文件路径 System.setProperty("java.security.krb5.conf", "/path/to/krb5.conf"); // 创建一个LoginContext来进行Kerberos认证 LoginContext loginContext = new LoginContext("KerberosClient", null, null, new CustomConfiguration()); // 执行Kerberos认证 loginContext.login(); // 从Subject中获取GSSCredential Subject subject = loginContext.getSubject(); GSSCredential credential = subject.getPrivateCredentials(GSSCredential.class).iterator().next(); // 创建一个GSSManager实例 GSSManager gssManager = GSSManager.getInstance(); // 创建一个GSSName，表示Kerberos中的主体 GSSName serverName = gssManager.createName("HTTP/server.example.com", GSSName.NT_HOSTBASED_SERVICE); // 创建一个GSSContext，用于建立和管理安全上下文 GSSContext context = gssManager.createContext(serverName, GSSCredential.DEFAULT_LIFETIME, credential, GSSContext.DEFAULT_LIFETIME); // 建立安全上下文 byte[] token = new byte[0]; while (!context.isEstablished()) { token = context.initSecContext(token, 0, token.length); } // 获取建立的安全上下文的信息 String contextInfo = context.toString(); // 输出安全上下文信息 System.out.println("安全上下文已建立：" + contextInfo); // 完成Kerberos认证后，执行其他操作 // ... // 登出 loginContext.logout(); } catch (LoginException | GSSException e) { e.printStackTrace(); } } static class CustomConfiguration extends Configuration { @Override public AppConfigurationEntry[] getAppConfigurationEntry(String name) { HashMap<String, String> options = new HashMap<>(); options.put("keyTab", "/path/to/user.keytab"); options.put("principal", "user@example.com"); options.put("useKeyTab", "true"); options.put("storeKey", "true"); options.put("doNotPrompt", "true"); options.put("isInitiator", "true"); options.put("refreshKrb5Config", "true"); options.put("renewTGT", "true"); options.put("useTicketCache", "true"); options.put("ticketCache", "/tmp/krb5cc_" + getUid()); return new AppConfigurationEntry[]{ new AppConfigurationEntry("com.sun.security.auth.module.Krb5LoginModule", AppConfigurationEntry.LoginModuleControlFlag.REQUIRED, options) }; } private String getUid() { try { return new ProcessBuilder("id", "-u").start().getInputStream().readAllBytes().toString().trim(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); return "0"; } } } }
03 应用
3.1 在hadoop中的应用
直接上代码，这里当然有更简单的方式，为了清楚的说明流程，所以写的比较啰嗦。下面展示了在完成Kerberos认证后，执行访问Hadoop HDFS的操作的代码片段：
import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.fs.FileSystem; import org.apache.hadoop.fs.Path; import javax.security.auth.Subject; import javax.security.auth.login.Configuration; import javax.security.auth.login.LoginContext; import javax.security.auth.login.LoginException; import org.ietf.jgss.*; public class GSSDemo { public static void main(String[] args) { try { // 设置Kerberos配置文件路径 System.setProperty("java.security.krb5.conf", "/path/to/krb5.conf"); // 创建一个LoginContext来进行Kerberos认证 LoginContext loginContext = new LoginContext("KerberosClient", null, null, new CustomConfiguration()); // 执行Kerberos认证 loginContext.login(); // 从Subject中获取GSSCredential Subject subject = loginContext.getSubject(); GSSCredential credential = subject.getPrivateCredentials(GSSCredential.class).iterator().next(); // 创建一个GSSManager实例 GSSManager gssManager = GSSManager.getInstance(); // 创建一个GSSName，表示Kerberos中的主体 GSSName serverName = gssManager.createName("HTTP/server.example.com", GSSName.NT_HOSTBASED_SERVICE); // 创建一个GSSContext，用于建立和管理安全上下文 GSSContext context = gssManager.createContext(serverName, GSSCredential.DEFAULT_LIFETIME, credential, GSSContext.DEFAULT_LIFETIME); // 建立安全上下文 byte[] token = new byte[0]; while (!context.isEstablished()) { token = context.initSecContext(token, 0, token.length); } // 获取建立的安全上下文的信息 String contextInfo = context.toString(); // 输出安全上下文信息 System.out.println("安全上下文已建立：" + contextInfo); // 完成Kerberos认证后，执行其他操作 // 配置Hadoop文件系统 Configuration hadoopConf = new Configuration(); hadoopConf.addResource(new Path("/path/to/core-site.xml")); hadoopConf.addResource(new Path("/path/to/hdfs-site.xml")); // 登录Kerberos org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation.loginUserFromSubject(subject); // 创建Hadoop文件系统对象 FileSystem fs = FileSystem.get(hadoopConf); // 执行HDFS操作 Path path = new Path("/user/example"); if (fs.exists(path)) { System.out.println("目录已存在"); } else { fs.mkdirs(path); System.out.println("目录创建成功"); } // 登出 loginContext.logout(); } catch (LoginException | GSSException | IOException e) { e.printStackTrace(); } } } static class CustomConfiguration extends Configuration { @Override public AppConfigurationEntry[] getAppConfigurationEntry(String name) { HashMap<String, String> options = new HashMap<>(); options.put("keyTab", "/path/to/user.keytab"); options.put("principal", "user@example.com"); options.put("useKeyTab", "true"); options.put("storeKey", "true"); options.put("doNotPrompt", "true"); options.put("isInitiator", "true"); options.put("refreshKrb5Config", "true"); options.put("renewTGT", "true"); options.put("useTicketCache", "true"); options.put("ticketCache", "/tmp/krb5cc_" + getUid()); return new AppConfigurationEntry[]{ new AppConfigurationEntry("com.sun.security.auth.module.Krb5LoginModule", AppConfigurationEntry.LoginModuleControlFlag.REQUIRED, options) }; } private String getUid() { try { return new ProcessBuilder("id", "-u").start().getInputStream().readAllBytes().toString().trim(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); return "0"; } } }
从上述代码中，不难发现，其实Hadoop包里面的UserGroupInfomation底层就是使用了Java GSS，其核心代码片段如下：
3.2 在Flink中的应用
如果部署Flink作业采用Flink On yarn的模式，Hadoop开启了kerberos认证，也是需要配置kerberos信息的，具体配置flink-conf.yaml文件就可以了，具体配置如下信息：
直接跳到flink核心的源码：
上述完整流程就是：首先用户输入flink命令 => 脚本解析 => 进入CliFronted.main方法 => 接着执行了SecurityUtils.install方法 => 最后走到HadoopModule，使用UserGroupInfomation去做登录，而UserGroupInfomation底层就是使用Java Gss去做登录认证的。
3.3 小结
从上述的代码可以看出，Java GSS在Hadoop和Flink中，其实他们彼此都有联系的：
- 在Hadoop中，
UserGroupInformation是Hadoop中处理用户身份验证、权限管理和安全上下文的关键组件之一； UserGroupInformation负责处理Kerberos的凭证管理和身份验证；UserGroupInformation的底层代码是由Java GSS实现的；- 而
Flink On Yarn模式最终部署逻辑，底层也是使用到了UserGroupInformation这个类。
04 文末
本文主要主要围绕Java GSS、Kerberos、UserGroupInformation 这三个核心知识点进行了讲解，希望能帮助到大家，谢谢大家的阅读，本文完！
