摘要：單點登錄（SSO）的技術被越來越廣泛地運用到各個領域的軟件系統(tǒng)當中。本文從業(yè)務的角度分析了單點登錄的需求和應用領域；從技術本身的角度分析了單點登錄技術的內部機制和實現(xiàn)手段，并且給出Web-SSO和桌面SSO的實現(xiàn)、源代碼和詳細講解；還從安全和性能的角度對現(xiàn)有的實現(xiàn)技術進行進一步分析，指出相應的風險和需要改進的方面。本文除了從多個方面和角度給出了對單點登錄（SSO）的全面分析，還并且討論了如何將現(xiàn)有的應用和SSO服務結合起來，能夠幫助應用架構師和系統(tǒng)分析人員從本質上認識單點登錄，從而更好地設計出符合需要的安全架構。
關鍵字：SSO, Java, J2EE, JAAS
1 什么是單點登陸
單點登錄（Single Sign On），簡稱為 SSO，是目前比較流行的企業(yè)業(yè)務整合的解決方案之一。SSO的定義是在多個應用系統(tǒng)中，用戶只需要登錄一次就可以訪問所有相互信任的應用系統(tǒng)。
較大的企業(yè)內部，一般都有很多的業(yè)務支持系統(tǒng)為其提供相應的管理和IT服務。例如財務系統(tǒng)為財務人員提供財務的管理、計算和報表服務；人事系統(tǒng)為人事部門提供全公司人員的維護服務；各種業(yè)務系統(tǒng)為公司內部不同的業(yè)務提供不同的服務等等。這些系統(tǒng)的目的都是讓計算機來進行復雜繁瑣的計算工作，來替代人力的手工勞動，提高工作效率和質量。這些不同的系統(tǒng)往往是在不同的時期建設起來的，運行在不同的平臺上；也許是由不同廠商開發(fā)，使用了各種不同的技術和標準。如果舉例說國內一著名的IT公司（名字隱去），內部共有60多個業(yè)務系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括兩個不同版本的SAP的ERP系統(tǒng)，12個不同類型和版本的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，8個不同類型和版本的操作系統(tǒng)，以及使用了3種不同的防火墻技術，還有數(shù)十種互相不能兼容的協(xié)議和標準，你相信嗎？不要懷疑，這種情況其實非常普遍。每一個應用系統(tǒng)在運行了數(shù)年以后，都會成為不可替換的企業(yè)IT架構的一部分，如下圖所示。
隨著企業(yè)的發(fā)展，業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)量在不斷的增加，老的系統(tǒng)卻不能輕易的替換，這會帶來很多的開銷。其一是管理上的開銷，需要維護的系統(tǒng)越來越多。很多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是相互冗余和重復的，數(shù)據(jù)的不一致性會給管理工作帶來很大的壓力。業(yè)務和業(yè)務之間的相關性也越來越大，例如公司的計費系統(tǒng)和財務系統(tǒng)，財務系統(tǒng)和人事系統(tǒng)之間都不可避免的有著密切的關系。
為了降低管理的消耗，最大限度的重用已有投資的系統(tǒng)，很多企業(yè)都在進行著企業(yè)應用集成（EAI）。企業(yè)應用集成可以在不同層面上進行：例如在數(shù)據(jù)存儲層面上的“數(shù)據(jù)大集中”，在傳輸層面上的“通用數(shù)據(jù)交換平臺”，在應用層面上的“業(yè)務流程整合”，和用戶界面上的“通用企業(yè)門戶”等等。事實上，還用一個層面上的集成變得越來越重要，那就是“身份認證”的整合，也就是“單點登錄”。
通常來說，每個單獨的系統(tǒng)都會有自己的安全體系和身份認證系統(tǒng)。整合以前，進入每個系統(tǒng)都需要進行登錄，這樣的局面不僅給管理上帶來了很大的困難，在安全方面也埋下了重大的隱患。下面是一些著名的調查公司顯示的統(tǒng)計數(shù)據(jù)：
- 用戶每天平均 16 分鐘花在身份驗證任務上 - 資料來源： IDS
- 頻繁的 IT 用戶平均有 21 個密碼 - 資料來源： NTA Monitor Password Survey
- 49% 的人寫下了其密碼，而 67% 的人很少改變它們
- 每 79 秒出現(xiàn)一起身份被竊事件 - 資料來源：National Small Business Travel Assoc
- 全球欺騙損失每年約 12B - 資料來源：Comm Fraud Control Assoc
- 到 2007 年，身份管理市場將成倍增長至 $4.5B - 資料來源：IDS
使用“單點登錄”整合后，只需要登錄一次就可以進入多個系統(tǒng)，而不需要重新登錄，這不僅僅帶來了更好的用戶體驗，更重要的是降低了安全的風險和管理的消耗。請看下面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)：
- 提高 IT 效率：對于每 1000 個受管用戶，每用戶可節(jié)省$70K
- 幫助臺呼叫減少至少1/3，對于 10K 員工的公司，每年可以節(jié)省每用戶 $75，或者合計 $648K
- 生產力提高：每個新員工可節(jié)省 $1K，每個老員工可節(jié)省 $350 ?資料來源：Giga
- ROI 回報：7.5 到 13 個月 ?資料來源：Gartner
另外，使用“單點登錄”還是SOA時代的需求之一。在面向服務的架構中，服務和服務之間，程序和程序之間的通訊大量存在，服務之間的安全認證是SOA應用的難點之一，應此建立“單點登錄”的系統(tǒng)體系能夠大大簡化SOA的安全問題，提高服務之間的合作效率。
2 單點登陸的技術實現(xiàn)機制
單點登錄的機制其實是比較簡單的，用一個現(xiàn)實中的例子做比較。頤和園是北京著名的旅游景點，也是我常去的地方。在頤和園內部有許多獨立的景點，例如“蘇州街”、“佛香閣”和“德和園”，都可以在各個景點門口單獨買票。很多游客需要游玩所有德景點，這種買票方式很不方便，需要在每個景點門口排隊買票，錢包拿進拿出的，容易丟失，很不安全。于是絕大多數(shù)游客選擇在大門口買一張通票（也叫套票），就可以玩遍所有的景點而不需要重新再買票。他們只需要在每個景點門口出示一下剛才買的套票就能夠被允許進入每個獨立的景點。
單點登錄的機制也一樣，如下圖所示，當用戶第一次訪問應用系統(tǒng)1的時候，因為還沒有登錄，會被引導到認證系統(tǒng)中進行登錄（1）；根據(jù)用戶提供的登錄信息，認證系統(tǒng)進行身份效驗，如果通過效驗，應該返回給用戶一個認證的憑據(jù)－－ticket（2）；用戶再訪問別的應用的時候（3，5）就會將這個ticket帶上，作為自己認證的憑據(jù)，應用系統(tǒng)接受到請求之后會把ticket送到認證系統(tǒng)進行效驗，檢查ticket的合法性（4，6）。如果通過效驗，用戶就可以在不用再次登錄的情況下訪問應用系統(tǒng)2和應用系統(tǒng)3了。
從上面的視圖可以看出，要實現(xiàn)SSO，需要以下主要的功能：
- 所有應用系統(tǒng)共享一個身份認證系統(tǒng)。
統(tǒng)一的認證系統(tǒng)是SSO的前提之一。認證系統(tǒng)的主要功能是將用戶的登錄信息和用戶信息庫相比較，對用戶進行登錄認證；認證成功后，認證系統(tǒng)應該生成統(tǒng)一的認證標志（ticket），返還給用戶。另外，認證系統(tǒng)還應該對ticket進行效驗，判斷其有效性。 - 所有應用系統(tǒng)能夠識別和提取ticket信息
要實現(xiàn)SSO的功能，讓用戶只登錄一次，就必須讓應用系統(tǒng)能夠識別已經登錄過的用戶。應用系統(tǒng)應該能對ticket進行識別和提取，通過與認證系統(tǒng)的通訊，能自動判斷當前用戶是否登錄過，從而完成單點登錄的功能。
上面的功能只是一個非常簡單的SSO架構，在現(xiàn)實情況下的SSO有著更加復雜的結構。有兩點需要指出的是：
- 單一的用戶信息數(shù)據(jù)庫并不是必須的，有許多系統(tǒng)不能將所有的用戶信息都集中存儲，應該允許用戶信息放置在不同的存儲中，如下圖所示。事實上，只要統(tǒng)一認證系統(tǒng)，統(tǒng)一ticket的產生和效驗，無論用戶信息存儲在什么地方，都能實現(xiàn)單點登錄。
- 統(tǒng)一的認證系統(tǒng)并不是說只有單個的認證服務器，如下圖所示，整個系統(tǒng)可以存在兩個以上的認證服務器，這些服務器甚至可以是不同的產品。認證服務器之間要通過標準的通訊協(xié)議，互相交換認證信息，就能完成更高級別的單點登錄。如下圖，當用戶在訪問應用系統(tǒng)1時，由第一個認證服務器進行認證后，得到由此服務器產生的ticket。當他訪問應用系統(tǒng)4的時候，認證服務器2能夠識別此ticket是由第一個服務器產生的，通過認證服務器之間標準的通訊協(xié)議（例如SAML）來交換認證信息，仍然能夠完成SSO的功能。
3 WEB-SSO的實現(xiàn)
隨著互聯(lián)網的高速發(fā)展，WEB應用幾乎統(tǒng)治了絕大部分的軟件應用系統(tǒng)，因此WEB-SSO是SSO應用當中最為流行。WEB-SSO有其自身的特點和優(yōu)勢，實現(xiàn)起來比較簡單易用。很多商業(yè)軟件和開源軟件都有對WEB-SSO的實現(xiàn)。其中值得一提的是OpenSSO （https://opensso.dev.java.net），為用Java實現(xiàn)WEB-SSO提供架構指南和服務指南，為用戶自己來實現(xiàn)WEB-SSO提供了理論的依據(jù)和實現(xiàn)的方法。
為什么說WEB-SSO比較容易實現(xiàn)呢？這是有WEB應用自身的特點決定的。
眾所周知，Web協(xié)議（也就是HTTP）是一個無狀態(tài)的協(xié)議。一個Web應用由很多個Web頁面組成，每個頁面都有唯一的URL來定義。用戶在瀏覽器的地址欄輸入頁面的URL，瀏覽器就會向Web Server去發(fā)送請求。如下圖，瀏覽器向Web服務器發(fā)送了兩個請求，申請了兩個頁面。這兩個頁面的請求是分別使用了兩個單獨的HTTP連接。所謂無狀態(tài)的協(xié)議也就是表現(xiàn)在這里，瀏覽器和Web服務器會在第一個請求完成以后關閉連接通道，在第二個請求的時候重新建立連接。Web服務器并不區(qū)分哪個請求來自哪個客戶端，對所有的請求都一視同仁，都是單獨的連接。這樣的方式大大區(qū)別于傳統(tǒng)的（Client/Server）C/S結構,在那樣的應用中，客戶端和服務器端會建立一個長時間的專用的連接通道。正是因為有了無狀態(tài)的特性，每個連接資源能夠很快被其他客戶端所重用，一臺Web服務器才能夠同時服務于成千上萬的客戶端。
但是我們通常的應用是有狀態(tài)的。先不用提不同應用之間的SSO，在同一個應用中也需要保存用戶的登錄身份信息。例如用戶在訪問頁面1的時候進行了登錄，但是剛才也提到，客戶端的每個請求都是單獨的連接，當客戶再次訪問頁面2的時候，如何才能告訴Web服務器，客戶剛才已經登錄過了呢？瀏覽器和服務器之間有約定：通過使用cookie技術來維護應用的狀態(tài)。Cookie是可以被Web服務器設置的字符串，并且可以保存在瀏覽器中。如下圖所示，當瀏覽器訪問了頁面1時，web服務器設置了一個cookie，并將這個cookie和頁面1一起返回給瀏覽器，瀏覽器接到cookie之后，就會保存起來，在它訪問頁面2的時候會把這個cookie也帶上，Web服務器接到請求時也能讀出cookie的值，根據(jù)cookie值的內容就可以判斷和恢復一些用戶的信息狀態(tài)。
Web-SSO完全可以利用Cookie結束來完成用戶登錄信息的保存，將瀏覽器中的Cookie和上文中的Ticket結合起來，完成SSO的功能。
為了完成一個簡單的SSO的功能，需要兩個部分的合作：
- 統(tǒng)一的身份認證服務。
- 修改Web應用，使得每個應用都通過這個統(tǒng)一的認證服務來進行身份效驗。
3.1 Web SSO 的樣例
根據(jù)上面的原理，我用J2EE的技術（JSP和Servlet）完成了一個具有Web-SSO的簡單樣例。樣例包含一個身份認證的服務器和兩個簡單的Web應用，使得這兩個 Web應用通過統(tǒng)一的身份認證服務來完成Web-SSO的功能。此樣例所有的源代碼和二進制代碼都可以從網站地址http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/ 下載。
樣例下載、安裝部署和運行指南：
- Web-SSO的樣例是由三個標準Web應用組成，壓縮成三個zip文件，從http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/中下載。其中SSOAuth（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOAuth.zip）是身份認證服務；SSOWebDemo1（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOWebDemo1.zip）和SSOWebDemo2（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOWebDemo2.zip）是兩個用來演示單點登錄的Web應用。這三個Web應用之所以沒有打成war包，是因為它們不能直接部署，根據(jù)讀者的部署環(huán)境需要作出小小的修改。樣例部署和運行的環(huán)境有一定的要求，需要符合Servlet2.3以上標準的J2EE容器才能運行（例如Tomcat5,Sun Application Server 8, Jboss 4等）。另外，身份認證服務需要JDK1.5的運行環(huán)境。之所以要用JDK1.5是因為筆者使用了一個線程安全的高性能的Java集合類“ConcurrentMap”，只有在JDK1.5中才有。
- 這三個Web應用完全可以單獨部署，它們可以分別部署在不同的機器，不同的操作系統(tǒng)和不同的J2EE的產品上，它們完全是標準的和平臺無關的應用。但是有一個限制，那兩臺部署應用（demo1、demo2）的機器的域名需要相同，這在后面的章節(jié)中會解釋到cookie和domain的關系以及如何制作跨域的WEB-SSO
- 解壓縮SSOAuth.zip文件，在/WEB-INF/下的web.xml中請修改“domainname”的屬性以反映實際的應用部署情況，domainname需要設置為兩個單點登錄的應用（demo1和demo2）所屬的域名。這個domainname和當前SSOAuth服務部署的機器的域名沒有關系。我缺省設置的是“.sun.com”。如果你部署demo1和demo2的機器沒有域名，請輸入IP地址或主機名（如localhost），但是如果使用IP地址或主機名也就意味著demo1和demo2需要部署到一臺機器上了。設置完后，根據(jù)你所選擇的J2EE容器，可能需要將SSOAuth這個目錄壓縮打包成war文件。用“jar -cvf SSOAuth.war SSOAuth/”就可以完成這個功能。
- 解壓縮SSOWebDemo1和SSOWebDemo2文件，分別在它們/WEB-INF/下找到web.xml文件，請修改其中的幾個初始化參數(shù)
<init-param>
<param-name>SSOServiceURL</param-name>
<param-value>http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/SSOAuth</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>SSOLoginPage</param-name>
<param-value>http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/login.jsp</param-value>
</init-param>
將其中的SSOServiceURL和SSOLoginPage修改成部署SSOAuth應用的機器名、端口號以及根路徑（缺省是SSOAuth）以反映實際的部署情況。設置完后，根據(jù)你所選擇的J2EE容器，可能需要將SSOWebDemo1和SSOWebDemo2這兩個目錄壓縮打包成兩個war文件。用“jar -cvf SSOWebDemo1.war SSOWebDemo1/”就可以完成這個功能。 - 請輸入第一個web應用的測試URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo1/test.jsp，如果是第一次訪問，便會自動跳轉到登錄界面，如下圖
- 使用系統(tǒng)自帶的三個帳號之一登錄（例如，用戶名：wangyu,密碼：wangyu），便能成功的看到test.jsp的內容：顯示當前用戶名和歡迎信息。
- 請接著在同一個瀏覽器中輸入第二個web應用的測試URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo2/test.jsp。你會發(fā)現(xiàn)，不需要再次登錄就能看到test.jsp的內容，同樣是顯示當前用戶名和歡迎信息，而且歡迎信息中明確的顯示當前的應用名稱（demo2）。
3.2 WEB-SSO代碼講解
3.2.1身份認證服務代碼解析
Web-SSO的源代碼可以從網站地址http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/websso_src.zip下載。身份認證服務是一個標準的web應用，包括一個名為SSOAuth的Servlet，一個login.jsp文件和一個failed.html。身份認證的所有服務幾乎都由SSOAuth的Servlet來實現(xiàn)了；login.jsp用來顯示登錄的頁面（如果發(fā)現(xiàn)用戶還沒有登錄過）；failed.html是用來顯示登錄失敗的信息（如果用戶的用戶名和密碼與信息數(shù)據(jù)庫中的不一樣）。
SSOAuth的代碼如下面的列表顯示，結構非常簡單，先看看這個Servlet的主體部分：
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package DesktopSSO;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.text.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
public class SSOAuth extends HttpServlet {
static private ConcurrentMap accounts;
static private ConcurrentMap SSOIDs;
String cookiename="WangYuDesktopSSOID";
String domainname;
public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
super.init(config);
domainname= config.getInitParameter("domainname");
cookiename = config.getInitParameter("cookiename");
SSOIDs = new ConcurrentHashMap();
accounts=new ConcurrentHashMap();
accounts.put("wangyu", "wangyu");
accounts.put("paul", "paul");
accounts.put("carol", "carol");
}
protected void processRequest(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
PrintWriter out = response.getWriter();
String action = request.getParameter("action");
String result="failed";
if (action==null) {
handlerFromLogin(request,response);
} else if (action.equals("authcookie")){
String myCookie = request.getParameter("cookiename");
if (myCookie != null) result = authCookie(myCookie);
out.print(result);
out.close();
} else if (action.equals("authuser")) {
result=authNameAndPasswd(request,response);
out.print(result);
out.close();
} else if (action.equals("logout")) {
String myCookie = request.getParameter("cookiename");
logout(myCookie);
out.close();
}
}
.....
} |
從代碼很容易看出，SSOAuth就是一個簡單的Servlet。其中有兩個靜態(tài)成員變量：accounts和SSOIDs，這兩個成員變量都使用了JDK1.5中線程安全的MAP類： ConcurrentMap，所以這個樣例一定要JDK1.5才能運行。Accounts用來存放用戶的用戶名和密碼，在init()的方法中可以看到我給系統(tǒng)添加了三個合法的用戶。在實際應用中，accounts應該是去數(shù)據(jù)庫中或LDAP中獲得，為了簡單起見，在本樣例中我使用了ConcurrentMap在內存中用程序創(chuàng)建了三個用戶。而SSOIDs保存了在用戶成功的登錄后所產生的cookie和用戶名的對應關系。它的功能顯而易見：當用戶成功登錄以后，再次訪問別的系統(tǒng)，為了鑒別這個用戶請求所帶的cookie的有效性，需要到SSOIDs中檢查這樣的映射關系是否存在。
在主要的請求處理方法processRequest()中，可以很清楚的看到SSOAuth的所有功能
- 如果用戶還沒有登錄過，是第一次登錄本系統(tǒng)，會被跳轉到login.jsp頁面（在后面會解釋如何跳轉）。用戶在提供了用戶名和密碼以后，就會用handlerFromLogin()這個方法來驗證。
- 如果用戶已經登錄過本系統(tǒng)，再訪問別的應用的時候，是不需要再次登錄的。因為瀏覽器會將第一次登錄時產生的cookie和請求一起發(fā)送。效驗cookie的有效性是SSOAuth的主要功能之一。
- SSOAuth還能直接效驗非login.jsp頁面過來的用戶名和密碼的效驗請求。這個功能是用于非web應用的SSO，這在后面的桌面SSO中會用到。
- SSOAuth還提供logout服務。
下面看看幾個主要的功能函數(shù)：
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private void handlerFromLogin(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
String username = request.getParameter("username");
String password = request.getParameter("password");
String pass = (String)accounts.get(username);
if ((pass==null)||(!pass.equals(password)))
getServletContext().getRequestDispatcher("/failed.html").forward(request, response);
else {
String gotoURL = request.getParameter("goto");
String newID = createUID();
SSOIDs.put(newID, username);
Cookie wangyu = new Cookie(cookiename, newID);
wangyu.setDomain(domainname);
wangyu.setMaxAge(60000);
wangyu.setValue(newID);
wangyu.setPath("/");
response.addCookie(wangyu);
System.out.println("login success, goto back url:" + gotoURL);
if (gotoURL != null) {
PrintWriter out = response.getWriter();
response.sendRedirect(gotoURL);
out.close();
}
}
} |
handlerFromLogin()這個方法是用來處理來自login.jsp的登錄請求。它的邏輯很簡單：將用戶輸入的用戶名和密碼與預先設定好的用戶集合（存放在accounts中）相比較，如果用戶名或密碼不匹配的話，則返回登錄失敗的頁面（failed.html），如果登錄成功的話，需要為用戶當前的session創(chuàng)建一個新的ID，并將這個ID和用戶名的映射關系存放到SSOIDs中，最后還要將這個ID設置為瀏覽器能夠保存的cookie值。
登錄成功后，瀏覽器會到哪個頁面呢？那我們回顧一下我們是如何使用身份認證服務的。一般來說我們不會直接訪問身份服務的任何URL，包括login.jsp。身份服務是用來保護其他應用服務的，用戶一般在訪問一個受SSOAuth保護的Web應用的某個URL時，當前這個應用會發(fā)現(xiàn)當前的用戶還沒有登錄，便強制將也頁面轉向SSOAuth的login.jsp，讓用戶登錄。如果登錄成功后，應該自動的將用戶的瀏覽器指向用戶最初想訪問的那個URL。在handlerFromLogin()這個方法中，我們通過接收“goto”這個參數(shù)來保存用戶最初訪問的URL，成功后便重新定向到這個頁面中。
另外一個要說明的是，在設置cookie的時候，我使用了一個setMaxAge(6000)的方法。這個方法是用來設置cookie的有效期，單位是秒。如果不使用這個方法或者參數(shù)為負數(shù)的話，當瀏覽器關閉的時候，這個cookie就失效了。在這里我給了很大的值（1000分鐘），導致的行為是：當你關閉瀏覽器（或者關機），下次再打開瀏覽器訪問剛才的應用，只要在1000分鐘之內，就不需要再登錄了。我這樣做是下面要介紹的桌面SSO中所需要的功能。
其他的方法更加簡單，這里就不多解釋了。
3.2.2具有SSO功能的web應用源代碼解析
要實現(xiàn)WEB-SSO的功能，只有身份認證服務是不夠的。這點很顯然，要想使多個應用具有單點登錄的功能，還需要每個應用本身的配合：將自己的身份認證的服務交給一個統(tǒng)一的身份認證服務－SSOAuth。SSOAuth服務中提供的各個方法就是供每個加入SSO的Web應用來調用的。
一般來說，Web應用需要SSO的功能，應該通過以下的交互過程來調用身份認證服務的提供的認證服務：
- Web應用中每一個需要安全保護的URL在訪問以前，都需要進行安全檢查，如果發(fā)現(xiàn)沒有登錄（沒有發(fā)現(xiàn)認證之后所帶的cookie），就重新定向到SSOAuth中的login.jsp進行登錄。
- 登錄成功后，系統(tǒng)會自動給你的瀏覽器設置cookie，證明你已經登錄過了。
- 當你再訪問這個應用的需要保護的URL的時候，系統(tǒng)還是要進行安全檢查的，但是這次系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)相應的cookie。
- 有了這個cookie，還不能證明你就一定有權限訪問。因為有可能你已經logout,或者cookie已經過期了，或者身份認證服務重起過，這些情況下，你的cookie都可能無效。應用系統(tǒng)拿到這個cookie，還需要調用身份認證的服務，來判斷cookie時候真的有效，以及當前的cookie對應的用戶是誰。
- 如果cookie效驗成功，就允許用戶訪問當前請求的資源。
以上這些功能，可以用很多方法來實現(xiàn)：
- 在每個被訪問的資源中（JSP或Servlet）中都加入身份認證的服務，來獲得cookie，并且判斷當前用戶是否登錄過。不過這個笨方法沒有人會用:-)。
- 可以通過一個controller，將所有的功能都寫到一個servlet中，然后在URL映射的時候，映射到所有需要保護的URL集合中（例如*.jsp，/security/*等）。這個方法可以使用，不過，它的缺點是不能重用。在每個應用中都要部署一個相同的servlet。
- Filter是比較好的方法。符合Servlet2.3以上的J2EE容器就具有部署filter的功能。（Filter的使用可以參考JavaWolrd的文章http://www.javaworld.com/javaworld/jw-06-2001/jw-0622-filters.html）Filter是一個具有很好的模塊化，可重用的編程API，用在SSO正合適不過。本樣例就是使用一個filter來完成以上的功能。
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package SSO;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import java.text.*;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import javax.servlet.*;
import org.apache.commons.httpclient.*;
import org.apache.commons.httpclient.methods.GetMethod;
public class SSOFilter implements Filter {
private FilterConfig filterConfig = null;
private String cookieName="WangYuDesktopSSOID";
private String SSOServiceURL= "http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/SSOAuth";
private String SSOLoginPage= "http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/login.jsp";
public void init(FilterConfig filterConfig) {
this.filterConfig = filterConfig;
if (filterConfig != null) {
if (debug) {
log("SSOFilter:Initializing filter");
}
}
cookieName = filterConfig.getInitParameter("cookieName");
SSOServiceURL = filterConfig.getInitParameter("SSOServiceURL");
SSOLoginPage = filterConfig.getInitParameter("SSOLoginPage");
}
.....
.....
} |
以上的初始化的源代碼有兩點需要說明：一是有兩個需要配置的參數(shù)SSOServiceURL和SSOLoginPage。因為當前的Web應用很可能和身份認證服務（SSOAuth）不在同一臺機器上，所以需要讓這個filter知道身份認證服務部署的URL，這樣才能去調用它的服務。另外一點就是由于身份認證的服務調用是要通過http協(xié)議來調用的（在本樣例中是這樣設計的，讀者完全可以設計自己的身份服務，使用別的調用協(xié)議，如RMI或SOAP等等），所有筆者引用了apache的commons工具包（詳細信息情訪問apache 的網站http://jakarta.apache.org/commons/index.html），其中的“httpclient”可以大大簡化http調用的編程。
下面看看filter的主體方法doFilter():
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public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
if (debug) log("SSOFilter:doFilter()");
HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) req;
HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) res;
String result="failed";
String url = request.getRequestURL().toString();
String qstring = request.getQueryString();
if (qstring == null) qstring ="";
//檢查http請求的head是否有需要的cookie
String cookieValue ="";
javax.servlet.http.Cookie[] diskCookies = request.getCookies();
if (diskCookies != null) {
for (int i = 0; i < diskCookies.length; i++) {
if(diskCookies[i].getName().equals(cookieName)){
cookieValue = diskCookies[i].getValue();
//如果找到了相應的cookie則效驗其有效性
result = SSOService(cookieValue);
if (debug) log("found cookies!");
}
}
}
if (result.equals("failed")) { //效驗失敗或沒有找到cookie，則需要登錄
response.sendRedirect(SSOLoginPage+"?goto="+url);
} else if (qstring.indexOf("logout") > 1) {//logout服務
if (debug) log("logout action!");
logoutService(cookieValue);
response.sendRedirect(SSOLoginPage+"?goto="+url);
} else {//效驗成功
request.setAttribute("SSOUser",result);
Throwable problem = null;
try {
chain.doFilter(req, res);
} catch(Throwable t) {
problem = t;
t.printStackTrace();
}
if (problem != null) {
if (problem instanceof ServletException) throw (ServletException)problem;
if (problem instanceof IOException) throw (IOException)problem;
sendProcessingError(problem, res);
}
}
} |
doFilter()方法的邏輯也是非常簡單的，在接收到請求的時候，先去查找是否存在期望的cookie值，如果找到了，就會調用SSOService(cookieValue)去效驗這個cookie的有效性。如果cookie效驗不成功或者cookie根本不存在，就會直接轉到登錄界面讓用戶登錄；如果cookie效驗成功，就不會做任何阻攔，讓此請求進行下去。在配置文件中，有下面的一個節(jié)點表示了此filter的URL映射關系：只攔截所有的jsp請求。
<filter-mapping>
<filter-name>SSOFilter</filter-name>
<url-pattern>*.jsp</url-pattern>
</filter-mapping>
下面還有幾個主要的函數(shù)需要說明：
|
private String SSOService(String cookievalue) throws IOException {
String authAction = "?action=authcookie&cookiename=";
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+authAction+cookievalue);
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
String result = httpget.getResponseBodyAsString();
return result;
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
}
private void logoutService(String cookievalue) throws IOException {
String authAction = "?action=logout&cookiename=";
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+authAction+cookievalue);
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
httpget.getResponseBodyAsString();
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
} |
這兩個函數(shù)主要是利用apache中的httpclient訪問SSOAuth提供的認證服務來完成效驗cookie和logout的功能。
其他的函數(shù)都很簡單，有很多都是我的IDE（NetBeans）替我自動生成的。
4 當前方案的安全局限性
當前這個WEB-SSO的方案是一個比較簡單的雛形，主要是用來演示SSO的概念和說明SSO技術的實現(xiàn)方式。有很多方面還需要完善，其中安全性是非常重要的一個方面。
我們說過，采用SSO技術的主要目的之一就是加強安全性，降低安全風險。因為采用了SSO，在網絡上傳遞密碼的次數(shù)減少，風險降低是顯然的，但是當前的方案卻有其他的安全風險。由于cookie是一個用戶登錄的唯一憑據(jù)，對cookie的保護措施是系統(tǒng)安全的重要環(huán)節(jié)：
- cookie的長度和復雜度
在本方案中，cookie是有一個固定的字符串（我的姓名）加上當前的時間戳。這樣的cookie很容易被偽造和猜測。懷有惡意的用戶如果猜測到合法的cookie就可以被當作已經登錄的用戶，任意訪問權限范圍內的資源 - cookie的效驗和保護
在本方案中，雖然密碼只要傳輸一次就夠了，可cookie在網絡中是經常傳來傳去。一些網絡探測工具（如sniff, snoop,tcpdump等）可以很容易捕獲到cookie的數(shù)值。在本方案中，并沒有考慮cookie在傳輸時候的保護。另外對cookie的效驗也過于簡單，并不去檢查發(fā)送cookie的來源究竟是不是cookie最初的擁有者，也就是說無法區(qū)分正常的用戶和仿造cookie的用戶。 - 當其中一個應用的安全性不好，其他所有的應用都會受到安全威脅
因為有SSO，所以當某個處于 SSO的應用被黒客攻破，那么很容易攻破其他處于同一個SSO保護的應用。
這些安全漏洞在商業(yè)的SSO解決方案中都會有所考慮，提供相關的安全措施和保護手段，例如Sun公司的Access Manager，cookie的復雜讀和對cookie的保護都做得非常好。另外在OpneSSO （https://opensso.dev.java.net）的架構指南中也給出了部分安全措施的解決方案。
5 當前方案的功能和性能局限性
除了安全性，當前方案在功能和性能上都需要很多的改進：
- 當前所提供的登錄認證模式只有一種：用戶名和密碼，而且為了簡單，將用戶名和密碼放在內存當中。事實上，用戶身份信息的來源應該是多種多樣的，可以是來自數(shù)據(jù)庫中，LDAP中，甚至于來自操作系統(tǒng)自身的用戶列表。還有很多其他的認證模式都是商務應用不可缺少的，因此SSO的解決方案應該包括各種認證的模式，包括數(shù)字證書，Radius， SafeWord ，MemberShip，SecurID等多種方式。最為靈活的方式應該允許可插入的JAAS框架來擴展身份認證的接口
- 我們編寫的Filter只能用于J2EE的應用，而對于大量非Java的Web應用，卻無法提供SSO服務。
- 在將Filter應用到Web應用的時候，需要對容器上的每一個應用都要做相應的修改，重新部署。而更加流行的做法是Agent機制：為每一個應用服務器安裝一個agent，就可以將SSO功能應用到這個應用服務器中的所有應用。
- 當前的方案不能支持分別位于不同domain的Web應用進行SSO。這是因為瀏覽器在訪問Web服務器的時候，僅僅會帶上和當前web服務器具有相同domain名稱的那些cookie。要提供跨域的SSO的解決方案有很多其他的方法，在這里就不多說了。Sun的Access Manager就具有跨域的SSO的功能。
- 另外，Filter的性能問題也是需要重視的方面。因為Filter會截獲每一個符合URL映射規(guī)則的請求，獲得cookie，驗證其有效性。這一系列任務是比較消耗資源的，特別是驗證cookie有效性是一個遠程的http的調用，來訪問SSOAuth的認證服務，有一定的延時。因此在性能上需要做進一步的提高。例如在本樣例中，如果將URL映射從“.jsp”改成“/*”，也就是說filter對所有的請求都起作用，整個應用會變得非常慢。這是因為，頁面當中包含了各種靜態(tài)元素如gif圖片，css樣式文件，和其他html靜態(tài)頁面，這些頁面的訪問都要通過filter去驗證。而事實上，這些靜態(tài)元素沒有什么安全上的需求，應該在filter中進行判斷，不去效驗這些請求，性能會好很多。另外，如果在filter中加上一定的cache，而不需要每一個cookie效驗請求都去遠端的身份認證服務中執(zhí)行，性能也能大幅度提高。
- 另外系統(tǒng)還需要很多其他的服務，如在內存中定時刪除無用的cookie映射等等，都是一個嚴肅的解決方案需要考慮的問題。
6 桌面SSO的實現(xiàn)
從WEB-SSO的概念延伸開，我們可以把SSO的技術拓展到整個桌面的應用，不僅僅局限在瀏覽器。SSO的概念和原則都沒有改變，只需要再做一點點的工作，就可以完成桌面 SSO 的應用。
桌面SSO和WEB-SSO一樣，關鍵的技術也在于如何在用戶登錄過后保存登錄的憑據(jù)。在WEB-SSO中，登錄的憑據(jù)是靠瀏覽器的cookie機制來完成的；在桌面應用中，可以將登錄的憑證保存到任何地方，只要所有SSO的桌面應用都共享這個憑證。
6.1桌面樣例的部署
- 運行此桌面SSO需要三個前提條件：
a) WEB-SSO的身份認證應用應該正在運行，因為我們在桌面SSO當中需要用到統(tǒng)一的認證服務
b) 當前桌面需要運行Mozilla或Netscape瀏覽器，因為我們將ticket保存到mozilla的cookie文件中
c) 必須在JDK1.4以上運行。（WEB-SSO需要JDK1.5以上） - 解開desktopsso.zip文件，里面有兩個目錄bin和lib。
- bin目錄下有一些腳本文件和配置文件，其中config.properties包含了三個需要配置的參數(shù)：
a) SSOServiceURL要指向WebSSO部署的身份認證的URL
b) SSOLoginPage要指向WebSSO部署的身份認證的登錄頁面URL
c) cookiefilepath要指向當前用戶的mozilla所存放cookie的文件 - 在bin目錄下還有一個login.conf是用來配置JAAS登錄模塊，本樣例提供了兩個，讀者可以任意選擇其中一個（也可以都選），再重新運行程序，查看登錄認證的變化
- 在bin下的運行腳本可能需要作相應的修改
a) 如果是在unix下，各個jar文件需要用“:”來隔開，而不是“;”
b) java 運行程序需要放置在當前運行的路徑下，否則需要加上java的路徑全名。
6.2桌面樣例的運行
樣例程序包含三個簡單的Java控制臺程序，這三個程序單獨運行都需要登錄。如果運行第一個命叫“GameSystem”的程序，提示需要輸入用戶名和密碼：
效驗成功以后，便會顯示當前登錄的用戶的基本信息等等。
這時候再運行第二個桌面Java應用（mailSystem）的時候，就不需要再登錄了，直接就顯示出來剛才登錄的用戶。
第三個應用是logout，運行它之后，用戶便退出系統(tǒng)。再訪問的時候，又需要重新登錄了。請讀者再制裁執(zhí)行完logout之后，重新驗證一下前兩個應用的SSO：先運行第二個應用，再運行第一個，會看到相同的效果。
我們的樣例并沒有在這里停步，事實上，本樣例不僅能夠和在幾個Java應用之間SSO，還能和瀏覽器進行SSO，也就是將瀏覽器也當成是桌面的一部分。這對一些行業(yè)有著不小的吸引力。
這時候再打開Mozilla瀏覽器，訪問以前提到的那兩個WEB應用，會發(fā)現(xiàn)只要桌面應用如果登錄過，Web應用就不用再登錄了，而且能顯示剛才登錄的用戶的信息。讀者可以在幾個桌面和Web應用之間進行登錄和logout的試驗，看看它們之間的SSO。
6.3桌面樣例的源碼分析
桌面SSO的樣例使用了JAAS（要了解JAAS的詳細的信息請參考http://java.sun.com/products/jaas）。JAAS是對PAM（Pluggable Authentication Module）的Java實現(xiàn)，來完成 Java應用可插拔的安全認證模塊。使用JAAS作為Java應用的安全認證模塊有很多好處，最主要的是不需要修改源代碼就可以更換認證方式。例如原有的Java應用如果使用JAAS的認證，如果需要應用SSO，只需要修改JAAS的配置文件就行了?，F(xiàn)在在流行的J2EE和其他 Java的產品中，用戶的身份認證都是通過JAAS來完成的。在樣例中，我們就展示了這個功能。請看配置文件login.conf
|
DesktopSSO {
desktopsso.share.PasswordLoginModule required;
desktopsso.share.DesktopSSOLoginModule required;
}; |
當我們注解掉第二個模塊的時候，只有第一個模塊起作用。在這個模塊的作用下，只有test用戶（密碼是12345）才能登錄。當我們注解掉第一個模塊的時候，只有第二個模塊起作用，桌面SSO才會起作用。
所有的Java桌面樣例程序都是標準JAAS應用，熟悉JAAS的程序員會很快了解。JAAS中主要的是登錄模塊（LoginModule）。下面是SSO登錄模塊的源碼：
|
public class DesktopSSOLoginModule implements LoginModule {
..........
private String SSOServiceURL = "";
private String SSOLoginPage = "";
private static String cookiefilepath = "";
......... |
在config.properties的文件中，我們配置了它們的值：
|
SSOServiceURL=http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/SSOAuth
SSOLoginPage=http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/login.jsp
cookiefilepath=C:\\Documents and Settings\\yw137672\\Application Data\\Mozilla\\Profiles\\default\\hog6z1ji.slt\\cookies.txt |
SSOServiceURL和SSOLoginPage成員變量指向了在Web-SSO中用過的身份認證模塊：SSOAuth，這就說明在桌面系統(tǒng)中我們試圖和Web應用共用一個認證服務。而cookiefilepath成員變量則泄露了一個“天機”：我們使用了Mozilla瀏覽器的cookie文件來保存登錄的憑證。換句話說，和Mozilla共用了一個保存登錄憑證的機制。之所以用Mozilla是應為它的Cookie文件格式簡單，很容易編程訪問和修改任意的Cookie值。（我試圖解析Internet Explorer的cookie文件但沒有成功。）
下面是登錄模塊DesktopSSOLoginModule的主體：login()方法。邏輯也是非常簡單：先用Cookie來登陸，如果成功，則直接就進入系統(tǒng)，否則需要用戶輸入用戶名和密碼來登錄系統(tǒng)。
|
public boolean login() throws LoginException{
try {
if (Cookielogin()) return true;
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
if (passwordlogin()) return true;
throw new FailedLoginException();
} |
下面是Cookielogin()方法的實體，它的邏輯是：先從Cookie文件中獲得相應的Cookie值，通過身份效驗服務效驗Cookie的有效性。如果cookie有效就算登錄成功；如果不成功或Cookie不存在，用cookie登錄就算失敗。
|
public boolean Cookielogin() throws LoginException,IOException {
String cookieValue="";
int cookieIndex =foundCookie();
if (cookieIndex<0)
return false;
else
cookieValue = getCookieValue(cookieIndex);
username = cookieAuth(cookieValue);
if (! username.equals("failed")) {
loginSuccess = true;
return true;
}
return false;
} |
用用戶名和密碼登錄的方法要復雜一些，通過Callback的機制和屏幕輸入輸出進行信息交互，完成用戶登錄信息的獲??；獲取信息以后通過userAuth方法來調用遠端SSOAuth的服務來判定當前登錄的有效性。
|
public boolean passwordlogin() throws LoginException {
//
// Since we need input from a user, we need a callback handler
if (callbackHandler == null) {
throw new LoginException("No CallbackHandler defined");
}
Callback[] callbacks = new Callback[2];
callbacks[0] = new NameCallback("Username");
callbacks[1] = new PasswordCallback("Password", false);
//
// Call the callback handler to get the username and password
try {
callbackHandler.handle(callbacks);
username = ((NameCallback)callbacks[0]).getName();
char[] temp = ((PasswordCallback)callbacks[1]).getPassword();
password = new char[temp.length];
System.arraycopy(temp, 0, password, 0, temp.length);
((PasswordCallback)callbacks[1]).clearPassword();
} catch (IOException ioe) {
throw new LoginException(ioe.toString());
} catch (UnsupportedCallbackException uce) {
throw new LoginException(uce.toString());
}
System.out.println();
String authresult ="";
try {
authresult = userAuth(username, password);
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
if (! authresult.equals("failed")) {
loginSuccess= true;
clearPassword();
try {
updateCookie(authresult);
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
return true;
}
loginSuccess = false;
username = null;
clearPassword();
System.out.println( "Login: PasswordLoginModule FAIL" );
throw new FailedLoginException();
}
|
CookieAuth和userAuth方法都是利用apahce的httpclient工具包和遠程的SSOAuth進行http連接，獲取服務。
|
private String cookieAuth(String cookievalue) throws IOException{
String result = "failed";
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+Action1+cookievalue);
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
result = httpget.getResponseBodyAsString();
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
return result;
}
private String userAuth(String username, char[] password) throws IOException{
String result = "failed";
String passwd= new String(password);
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+Action2+username+"&password="+passwd);
passwd = null;
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
result = httpget.getResponseBodyAsString();
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
return result;
} |
還有一個地方需要補充說明的是，在本樣例中，用戶名和密碼的輸入都會在屏幕上顯示明文。如果希望用掩碼形式來顯示密碼，以提高安全性，請參考：http://java.sun.com/developer/technicalArticles/Security/pwordmask/
7 真正安全的全方位SSO解決方案：Kerberos
我們的樣例程序（桌面SSO和WEB-SSO）都有一個共性：要想將一個應用集成到我們的SSO解決方案中，或多或少的需要修改應用程序。Web應用需要配置一個我們預制的filter；桌面應用需要加上我們桌面SSO的JAAS模塊（至少要修改JAAS的配置文件）。可是有很多程序是沒有源代碼和無法修改的，例如常用的遠程通訊程序telnet和ftp等等一些操作系統(tǒng)自己帶的常用的應用程序。這些程序是很難修改加入到我們的SSO的解決方案中。
事實上有一種全方位的SSO解決方案能夠解決這些問題，這就是Kerberos協(xié)議（RFC 1510）。Kerberos是網絡安全應用標準(http://web.mit.edu/kerberos/)，由MIT學校發(fā)明，被主流的操作系統(tǒng)所采用。在采用kerberos的平臺中，登錄和認證是由操作系統(tǒng)本身來維護，認證的憑證也由操作系統(tǒng)來保存，這樣整個桌面都可以處于同一個SSO的系統(tǒng)保護中。操作系統(tǒng)中的各個應用（如ftp,telnet）只需要通過配置就能加入到SSO中。另外使用Kerberos最大的好處在于它的安全性。通過密鑰算法的保證和密鑰中心的建立，可以做到用戶的密碼根本不需要在網絡中傳輸，而傳輸?shù)男畔⒁矔值陌踩?/span>
目前支持Kerberos的操作系統(tǒng)包括Solaris, windows,Linux等等主流的平臺。只不過要搭建一個Kerberos的環(huán)境比較復雜，KDC（密鑰分發(fā)中心）的建立也需要相當?shù)牟襟E。Kerberos擁有非常成熟的API，包括Java的API。使用Java Generic Security Services(GSS) API并且使用JAAS中對Kerberos的支持（詳細信息請參見Sun的Java&Kerberos教程http://java.sun.com/ j2se/1.5.0/docs/guide/security/jgss/tutorials/index.html），要將我們這個樣例改造成對Kerberos的支持也是不難的。 值得一提的是在JDK6.0 （http://www.java.net/download/jdk6）當中直接就包含了對GSS的支持，不需要單獨下載GSS的包。
8 總結
本文的主要目的是闡述SSO的基本原理，并提供了一種實現(xiàn)的方式。通過對源代碼的分析來掌握開發(fā)SSO服務的技術要點和充分理解SSO的應用范圍。但是，本文僅僅說明了身份認證的服務，而另外一個和身份認證密不可分的服務----權限效驗，卻沒有提到。要開發(fā)出真正的SSO的產品，在功能上、性能上和安全上都必須有更加完備的考慮。