单点登陆:一篇文章彻底弄懂CAS实现SSO单点登录原

 2021-07-13 8:24    77  

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单点登陆:一篇文章彻底弄懂CAS实现SSO单点登录原理

1. CAS 简介1.1. What is CAS 单点登陆?

单点登陆:一篇文章彻底弄懂CAS实现SSO单点登录原理

CAS ( Central Authentication Service ) 是 Yale 大学发起的一个企业级的、开源的项目单点登陆,旨在为 Web 应用系统提供一种可靠的单点登录解决方法(属于 Web SSO )。

单点登陆:一篇文章彻底弄懂CAS实现SSO单点登录原理

CAS 开始于 2001 年, 并在 2004 年 12 月正式成为 JA-SIG 的一个项目。

单点登陆:一篇文章彻底弄懂CAS实现SSO单点登录原理

1.2. 主要特性

1、 开源的、多协议的 SSO 解决方案; Protocols : Custom Protocol 、 CAS 、 OAuth 、 OpenID 、 RESTful API 、 SAML1.1 、 SAML2.0 等。

2、 支持多种认证机制: Active Directory 、 JAAS 、 JDBC 、 LDAP 、 X.509 Certificates 等;

3、 安全策略:使用票据( Ticket )来实现支持的认证协议;

4、 支持授权:可以决定哪些服务可以请求和验证服务票据( Service Ticket );

5、 提供高可用性:通过把认证过的状态数据存储在 TicketRegistry 组件中,这些组件有很多支持分布式环境的实现, 如: BerkleyDB 、 Default 、 EhcacheTicketRegistry 、 JDBCTicketRegistry 、 JBOSS TreeCache 、 JpaTicketRegistry 、 MemcacheTicketRegistry 等;

6、 支持多种客户端: Java 、 .Net 、 PHP 、 Perl 、 Apache, uPortal 等。

2. SSO 单点登录原理本文内容主要针对 Web SSO 。

2.1. 什么是SSO

单点登录( Single Sign-On , 简称 SSO )是目前比较流行的服务于企业业务整合的解决方案之一, SSO 使得在多个应用系统中,用户只需要 **登录一次 **就可以访问所有相互信任的应用系统。

2.2. SSO 原理

2.2.1. SSO 体系中的角色

一般 SSO 体系主要角色有三种:

1、 User (多个)

2、 Web 应用(多个)

3、 SSO 认证中心( **1 个 **)

2.2.2. SSO 实现模式的原则

SSO 实现模式一般包括以下三个原则:

1、 所有的认证登录都在 SSO 认证中心进行;

2、 SSO 认证中心通过一些方法来告诉 Web 应用当前访问用户究竟是不是已通过认证的用户;

3、 SSO 认证中心和所有的 Web 应用建立一种信任关系,也就是说 web 应用必须信任认证中心。(单点信任)

2.2.3. SSO 主要实现方式

SSO 的主要实现方式有:

1、 共享 cookies

基 于共享同域的 cookie 是 Web 刚开始阶段时使用的一种方式,它利用浏览同域名之间自动传递 cookies 机制,实现两个域名之间系统令牌 传递问题;另外,关于跨域问题,虽然 cookies本身不跨域,但可以利用它实现跨域的 SSO 。如:代理、暴露 SSO 令牌值等。

缺点:不灵活而且有不少安全隐患,已经被抛弃。

2、 Broker-based( 基于经纪人 )

这 种技术的特点就是,有一个集中的认证和用户帐号管理的服务器。经纪人给被用于进一步请求的电子身份存取。中央数据库的使用减少了管理的代价,并为认证提供 一个公共和独立的 "第三方 " 。例如 Kerberos 、 Sesame 、 IBM KryptoKnight (凭证库思想 ) 等。 Kerberos是由麻省理工大学发明的安全认证服务,已经被 UNIX 和 Windows 作为 默认的安全认证服务集成进操作系统。

3、 Agent-based (基于代理人)

在 这种解决方案中,有一个自动地为不同的应用程序认证用户身份的代理程序。这个代理程序需要设计有不同的功能。比如,它可以使用口令表或加密密钥来自动地将 认证的负担从用户移开。代理人被放在服务器上面,在服务器的认证系统和客户端认证方法之间充当一个 " 翻译 "。例如 SSH 等。

4、 Token-based

例如 SecureID,WebID ,现在被广泛使用的口令认证,比如 FTP 、邮件服务器的登录认证,这是一种简单易用的方式,实现一个口令在多种应用当中使用。

5、 基于网关

6、 基于 SAML

SAML(Security Assertion Markup Language ,安全断言标记语言)的出现大大简化了 SSO ,并被 OASIS 批准为 **SSO 的执行标准 **。开源组织 OpenSAML 实现了 SAML 规范。

3. CAS 的基本原理3.1. 结构体系

从结构体系看, CAS 包括两部分: CAS Server 和 CAS Client 。

3.1.1. CAS Server

CAS Server 负责完成对用户的认证工作 , 需要独立部署 , CAS Server 会处理用户名 / 密码等凭证(Credentials) 。

3.1.2. CAS Client

负责处理对客户端受保护资源的访问请求,需要对请求方进行身份认证时,重定向到 CAS Server 进行认证。(原则上,客户端应用不再接受任何的用户名密码等 Credentials )。

CAS Client 与受保护的客户端应用部署在一起,以 Filter 方式保护受保护的资源。

3.2. CAS 原理和协议

3.2.1. 基础模式

基础模式 SSO 访问流程主要有以下步骤:

访问服务: SSO 客户端发送请求访问应用系统提供的服务资源。定向认证: SSO 客户端会重定向用户请求到 SSO 服务器。用户认证:用户身份认证。发放票据: SSO 服务器会产生一个随机的 Service Ticket 。验证票据: SSO 服务器验证票据 Service Ticket 的合法性,验证通过后,允许客户端访问服务。传输用户信息: SSO 服务器验证票据通过后,传输用户认证结果信息给客户端。下面是 CAS 最基本的协议过程:

CAS实现SSO单点登录原理

基础协议图

如 上图: CAS Client 与受保护的客户端应用部署在一起,以 Filter 方式保护 Web 应用的受保护资源,过滤从客户端过来的每一个 Web 请求,同 时, CAS Client 会分析 Ticket( ST 上图中的 Ticket) ,如果没有,则说明该用户是没有经过认证的;于是 CAS Client 会重定向用户请求到 CAS Server ( Step 2 ),并传递 Service (要访问的目的资源地址)。 Step 3 是用户认证过程,如果用户提供了正确的 Credentials , CAS Server 随机产生一个相当长度、唯一、不可伪造的 Service Ticket ,并缓存以待将来验证,并且重定向用户到 Service 所在地址(附带刚才产生的 Service Ticket ) , **并为客户端浏览器设置一个 Ticket Granted Cookie ( TGC ) **; CAS Client 在拿到 Service 和新产生的 Ticket 过后,在 Step 5 和 Step6 中与 CAS Server 进行身份核实,以确保 Service Ticket 的合法性。

在该协议中,所有与 CAS Server 的交互均采用 SSL 协议,以确保 ST 和 TGC 的安全性。协议工作过程中会有 **2 次重定向 **的过程。但是 CAS Client 与 CAS Server 之间进行 Ticket 验证的过程对于用户是透明的(使用 )。

CAS 请求认证时序图如下:

CAS实现SSO单点登录原理

3.2.1. CAS 如何实现 SSO

当用户访问另一个应用的服务再次被重定向到 CAS Server 的时候, CAS Server 会主动获到这个 TGC cookie ,然后做下面的事情:

如果 User 持有 TGC 且其还没失效,那么就走基础协议图的 Step4 ,达到了 SSO 的效果;如果 TGC 失效,那么用户还是要重新认证 ( 走基础协议图的 Step3) 。3.2.2. CAS 代理模式

该模式形式为用户访问 App1 , App1 又依赖于 App2 来获取一些信息,如: User -->App1 -->App2。

这 种情况下,假设 App2 也是需要对 User 进行身份验证才能访问,那么,为了不影响用户体验(过多的重定向导致 User 的 IE 窗口不停地 闪动 ) , CAS 引入了一种 Proxy 认证机制,即 CAS Client 可以代理用户去访问其它 Web 应用。

代 理的前提是需要 CAS Client 拥有用户的身份信息 ( 类似凭据 ) 。之前我们提到的 TGC 是用户持有对自己身份信息的一种凭据,这里的 PGT 就是 CAS Client 端持有的对用户身份信息的一种凭据。凭借TGC , User 可以免去输入密码以获取访问其它服务的 Service Ticket ,所以,这里凭借 PGT , Web应用可以代理用户去实现后端的认证,而 **无需前端用户的参与 **。

下面为代理应用( helloService )获取 PGT 的过程: (注: PGTURL 用于表示一个 Proxy 服务,是一个回调链接; PGT 相当于代理证; PGTIOU 为取代理证的钥匙,用来与 PGT 做关联关系;)

CAS实现SSO单点登录原理

如上面的 CAS Proxy 图所示, **CAS Client **在基础协议之上,在验证 ST 时提供了一个额外的PGT URL( 而且是 SSL 的入口 ) 给 CAS Server ,使得 CAS Server 可以通过 PGT URL 提供一个 PGT 给 CAS Client 。

CAS Client 拿到了 PGT(PGTIOU-85 … ..ti2td) ,就可以通过 PGT 向后端 Web 应用进行认证。

下面是代理认证和提供服务的过程:

CAS实现SSO单点登录原理

如 上图所示, Proxy 认证与普通的认证其实差别不大, Step1 , 2 与基础模式的 Step1,2 几乎一样,唯一不同的 是, Proxy 模式用的是 PGT 而不是 TGC ,是 Proxy Ticket ( PT )而不是 Service Ticket 。

3.2.3. 辅助说明

CAS 的 SSO 实现方式可简化理解为: 1 个 Cookie 和 N 个 Session 。 CAS Server 创建 cookie,在所有应用认证时使用,各应用通过创建各自的 Session 来标识用户是否已登录。

用 户在一个应用验证通过后,以后用户在同一浏览器里访问此应用时,客户端应用中的过滤器会在 session 里读取到用户信息,所以就不会去 CAS Server 认证。如果在此浏览器里访问别的 web 应用时,客户端应用中的过滤器在 session 里读取不到用户信息,就会去 CAS Server 的 login 接口认证,但这时CAS Server 会读取到浏览器传来的 cookie ( TGC ),所以 CAS Server 不会要求用户去登录页面登录,只是会根据 service 参数生成一个 Ticket ,然后再和 web 应用做一个验 证 ticket 的交互而已。

3.3. 术语解释

CAS 系统中设计了 5 中票据: TGC 、 ST 、 PGT 、 PGTIOU 、 PT 。

Ø Ticket-granting cookie(TGC) :存放用户身份认证凭证的 cookie ,在浏览器和 CAS Server 间通讯时使用,并且只能基于安全通道传输( ),是 CAS Server 用来明确用户身份的凭证;

Ø Service ticket(ST) :服务票据,服务的惟一标识码 , 由 CAS Server 发出( ;

Ø Proxy-Granting ticket ( PGT ):由 CAS Server 颁发给拥有 ST 凭证的服务, PGT 绑定一个用户的特定服务,使其拥有向 CAS Server 申请,获得 PT 的能力;

Ø Proxy-Granting Ticket I Owe You ( PGTIOU ) : 作用是将通过凭证校验时的应答信息由 CAS Server 返回给 CAS Client ,同时,与该 PGTIOU 对应的 PGT 将通过回调链接传给 Web 应用。 Web 应用负责维护 PGTIOU 与 PGT 之 间映射关系的内容表;

Ø Proxy Ticket (PT) :是应用程序代理用户身份对目标程序进行访问的凭证;

其它说明如下:

Ø Ticket Granting ticket(TGT) :票据授权票据,由 KDC 的 AS 发放。即获取这样一张票据后,以后申请各种其他服务票据 (ST) 便不必再向 KDC 提交身份认证信息 (Credentials) ;

Ø Authentication service(AS) --------- 认证用服务,索取 Credentials ,发放 TGT ;

Ø Ticket-granting service (TGS) --------- 票据授权服务,索取 TGT ,发放 ST ;

Ø KDC( Key Distribution Center ) ---------- 密钥发放中心;

4. CAS 安全性CAS 的安全性仅仅依赖于 SSL 。使用的是 secure cookie 。

4.1. TGC/PGT 安全性

对于一个 CAS 用户来说,最重要是要保护它的 TGC ,如果 TGC 不慎被 CAS Server 以外的实体获得, Hacker 能够找到该 TGC ,然后冒充 CAS 用户访问 **所有 **授权资源。 PGT 的角色跟 TGC 是一样的。

从基础模式可以看出, TGC 是 CAS Server 通过 SSL 方式发送给终端用户,因此,要截取 TGC 难度非常大,从而确保 CAS 的安全性。

TGT 的存活周期默认为 120 分钟。

4.2. ST/PT 安全性

ST ( Service Ticket )是通过 到其他人的 Ticket 。 CAS 通过以下几方面来使 ST 变得更加安全(事实上都是可以配置的):

1、 ST 只能使用一次

CAS 协议规定,无论 Service Ticket 验证是否成功, CAS Server 都会清除服务端缓存中的该Ticket ,从而可以确保一个 Service Ticket 不被使用两次。

2、 ST 在一段时间内失效

CAS 规定 ST 只能存活一定的时间,然后 CAS Server 会让它失效。默认有效时间为 5 分钟。

3、 ST 是基于随机数生成的

ST 必须足够随机,如果 ST 生成规则被猜出, Hacker 就等于绕过 CAS 认证,直接访问 对应的服务。

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