LTPA Cookie原理
LTPA Cookie原理
1. 什么是LTPA?
Lightweight Third-Party Authentication (LTPA)是IBM Websphere和Domino产品中使用单点登录技术。当服务器配置好LTPA认证方式，用户通过浏览器成功登录后，服务器会自动发送一个session cookie给浏览器；此cookie中包含一个LTPA Token。
2. WebSphere部分
本部分描述适用于已实施WebSphere系列产品应用和Domino平台应用，或WebSphere与Domino之间已完成单点登录。在这样的环境中与构异系统实现单点登录。
一个通过有效的LTPA Cookie能够在同一个认证域中所有服务器被自动认证。此Cookie中包含认证信息和时间戳。这些信息通过共享的3DES Key进行了bis 加密。使用公共密钥/私有密钥进行签名。
LTPA Cookie通过3DES密钥使用DESede/ECB/PKCS5P进行加密。此密钥也是采用DESede/ECB/PKCS5P进行加密，加密后再使用提供的密码再进行SHA Hash，生成24个字节的密钥，再进行Base64编码。
如果你要解析LTPA Token，先得使用Key的密码，生成3DES密钥；再使用3DES密钥解密Token Cookie。也可以使用公共/私有密钥来签名或验证LTPA Cookie。
2.1 WebSphere LTPA 生成原理
首先，这个 cookie 由以下部分组成，以%进行分隔：
- 用户信息，格式为u:user\:<RealmName>/<UserDN>，如：u:user\:VGOLiveRealm/CN=squallzhong,O=VGOLive Technology
- 过期时间
- 签名信息，如：
u:user\:VGOLiveRealm/CN=squallzhong,O=VGOLive Technology%1301558320666%Cy2CAeru5kEElGj0hrvYsKW2ZVsvvcu6Un573aeX55OO4G3EMYWc0e/ZbqDp1z7MS+dLzniuUH4sYWCMpnKdm7ZGabwmV+WcraBl+y+yzwcl722gHVMOnDZAW7U3jEay9Tk2yG4yXkMWU+617xndpVxke2jtS5wIyVVM3q7UDPw=
2.2 异构系统所需信息
从WebSphere系统中导出ltpa的key文件，使用文本文件打开，如：
com.ibm.websphere.CreationDate=Thu Mar 31 11\:08\:09 GMT+08\:00 2011 com.ibm.websphere.ltpa.version=1.0 com.ibm.websphere.ltpa.3DESKey=7dH4i81YepbVe+gF9XVUzE4C1Ca5g6A4Q69OFobJV9g\= com.ibm.websphere.CreationHost=wasserver com.ibm.websphere.ltpa.PrivateKey=N3bnOE1IbiXNsHXxxemC98iiCnmtw3JUuQvdFjEyh9r2gu+FlQRmG8xp5RBltqc6raI4EgYFhTr+t5/tmRQrFqfNKgvujeJZODeCspohi1V4C0qit7DOoqD9xOOn9Rzdb4PIuJM3ekwuBiZZYTYu7q0TANDygc7VbmwoD3xMPCk5svyvFJ/VshPyg5f7Q+VNM8dlIitU4gK9Qp8VZEqjGoXsYYzYYTQgnwAVtR2GfZtXKlf24EPXSkgUz9j8FwTvcylcKwjS22d6eVjciyAzInnxPqxE2iMRPEFDatHZFox3flsqBswmeDQrAGv8zIiffgP1DLKdjozUyAG+50v97xx7u1RtIrB4B01ik8DuLhw\= com.ibm.websphere.ltpa.Realm=VGOLiveRealm com.ibm.websphere.ltpa.PublicKey=AM04If2+ElGSyVRF0ZEesgvC59vGw8gSIfptjfoXj8iz4C7Ip/KVAu2PDkpQi3LUN/FgVF696tmsegBThks9rmMMHzOix/vGP2721dQZKbD7plOLdWtiY2AYZChsBVkOF26DfiWJ6euxD+a+KNcrfDnu2AXRC/tKncIUJV4LbeJdAQAB
- 所使用的DNS域，如：vgolive.com
- 过期时间(分钟)，如：30
- LTPA 3DESKey 密钥及密钥的保护密码
- Base DN，如：O=VGOLive Technology或DC=vgolive,DC=com
注：
- 在3DESKey中的反斜杠只是为了在JAVA中可解释等于号，所以正确的3DESKey为7dH4i81YepbVe+gF9XVUzE4C1Ca5g6A4Q69OFobJV9g=
- 用户名可以通过Base Dn验证字进行拼接，如异构系统中用户名为SquallZhong，相应在Domino中的DN就是CN=SquallZhong,O=DigiWin。此类情况仅限于LDAP中的CN与异构系统中的用户名一致。如果不一致，需要异构系统做用户对应
2.3 实现
Base64解码/编码所需Jar包：
apache-commons-codec-1.3.jar以上
SHA-1的校验使用
java.security.MessageDigest类
2.3.1 解析
以下代码为解析从WebSphere或Domino发送过来的LTPAToken Cookie以Java为例：
01
… 02
// LTPA 3DES 密钥 03
String ltpa3DESKey = "7dH4i81YepbVe+gF9XVUzE4C1Ca5g6A4Q69OFobJV9g="; 04
// LTPA 密钥密码 05
String ltpaPassword = "Passw0rd"; 06
try { 07
// 获得加密key 08
byte[] secretKey = getSecretKey(ltpa3DESKey, ltpaPassword); 09
// 使用加密key解密ltpa Cookie 10
String ltpaPlaintext = new String(decryptLtpaToken(tokenCipher, 11
secretKey)); 12
displayTokenData(ltpaPlaintext); 13
} catch (Exception e) { 14
System.out.println("Caught inner: " + e); 15
} 16
… 17
//获得安全Key 18
private static byte[] getSecretKey(String ltpa3DESKey, String password) 19
throws Exception { 20
// 使用SHA获得key密码的hash值 21
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA"); 22
md.update(password.getBytes()); 23
byte[] hash3DES = new byte[24]; 24
System.arraycopy(md.digest(), 0, hash3DES, 0, 20); 25
// 使用0替换后4个字节 26
Arrays.fill(hash3DES, 20, 24, (byte) 0); 27
// BASE64解码 ltpa3DESKey 28
byte[] decode3DES = Base64.decodeBase64(ltpa3DESKey.getBytes()); 29
// 使用key密码hash值解密已Base64解码的ltpa3DESKey 30
return decrypt(decode3DES, hash3DES); 31
} 32
//解密LtpaToken 33
public static byte[] decryptLtpaToken(String encryptedLtpaToken, byte[] key) 34
throws Exception { 35
// Base64解码LTPAToken 36
final byte[] ltpaByteArray = Base64.decodeBase64(encryptedLtpaToken 37
.getBytes()); 38
// 使用key解密已Base64解码的LTPAToken 39
return decrypt(ltpaByteArray, key); 40
} 41
// DESede/ECB/PKC5Padding解方法 42
public static byte[] decrypt(byte[] ciphertext, byte[] key) 43
throws Exception { 44
final Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding"); 45
final KeySpec keySpec = new DESedeKeySpec(key); 46
final Key secretKey = SecretKeyFactory.getInstance("TripleDES") 47
.generateSecret(keySpec); 48
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey); 49
return cipher.doFinal(ciphertext); 50
} 51
…解析出来的LTPAToken信息以%分隔
2.3.2 生成
Websphere LTPA生成时的签名信息是由用户DN和一些用户其他信息组成字符串，使用私有密钥进行签名，由于不清楚这些信息的组成，故无法产生正确的LTPA。
3. Domino部分
本部分的描述仅适用于单一的Domino平台应用与构异系统实现单点登录。
3.1 Domino LTPA Cookie 生成原理
在与 Domino 做 SSO 的时候，会使用 LTPA Token的认证方式，本文描述它的生成原理，通过它我们可以自己编码生成身份认证的 cookie，实现 SSO。
首先，这个 cookie 由以下部分组成：
- LTPA token 版本（4字节）
- 创建时间（8字节）
- 过期时间（8字节）
- 用户名（可变长度）
- Domino LTPA 密钥（20字节）
接下来分别说明各部分的具体内容：
- LTPA token 版本目前 Domino 只有一种值：0x0001
- 创建时间为以十六进制方式表示的Unix time，例如:2009-04-09 13:52:42 (GMT +8) = 1239256362 = 49DD8D2A。
- 过期时间=创建时间 + SSO 配置文档的过期时间（LTPA_TokenExpiration域）
- 用户名为 Names 中用户文档的FullName域值；如：Squall Zhong/Digiwin
- Domino LTPA 密钥通过 Base64编码后，保存在 SSO 配置文档的LTPA_DominoSecret域中
当然不能将密钥直接发送给浏览器，所以将上述部分合并起来（如上图），计算 SHA-1 校验和。
然后用 SHA-1 校验和替换掉 Domino LTPA 密钥，最后再将内容通过 Base64 编码，形成最终的 cookie 发送给浏览器（如上图）。这样如果 cookie 中的任何内容被修改，校验和就不对了，达到了防篡改的效果。所以最终LTPA Cookie所得到的值为以下公式组成：
SHA-1=LTPA版本号+创建时间+过期时间+用户名+Domino LTPA 密钥
LTPA Cookie= Base64(LTPA版本号+创建时间+过期时间+用户名+SHA-1)
3.2 异构系统所需信息
- Domino 所使用的DNS域，如：vgolive.com
- 过期时间(分钟)，如：30
- Domino LTPA 密钥
- Domino验证字名称，如：/O=VGOLive Technology
注：用户名可以通过Domino验证字进行拼接，如异构系统中用户名为SquallZhong，相应在Domino中的DN就是CN=SquallZhong/O=VGOLive Technology。此类情况仅限于Domino中的CN与异构系统中的用户名一致。如果不一致，需要异构系统做用户对应
3.3 实现
Base64解码/编码所需Jar包：apache-commons-codec-1.3.jar以上
SHA-1的校验使用
java.security.MessageDigest类
转换字符集使用：
Cp850
3.3.1 解析
01
import org.apache.commons.codec.binary.Base64; 02
…... 03
final String CHARSET = "Cp850"; 04
byte[] dominoSecret = Base64.decodeBase64(ltpaDominoSecret.getBytes()); 05
byte[] ltpa = Base64.decodeBase64(ltpaToken.getBytes()); 06
ByteArrayInputStream stream = new ByteArrayInputStream(ltpa); 07
int usernameLength = ltpa.length – 40; 08
byte header[] = new byte[4]; 09
byte creation[] = new byte[8]; 10
byte expires[] = new byte[8]; 11
byte username[] = new byte[usernameLength]; 12
byte[] sha = new byte[20]; 13
// 读取LTPAToken版本号 14
stream.read(header, 0, 4); 15
if (header[0] != 0 || header[1] != 1 || header[2] != 2|| header[3] != 3) 16
throw new IllegalArgumentException("Invalid ltpaToken format"); 17
// 读取开始时间 18
stream.read(creation, 0, 8); 19
// 读取到期时间 20
stream.read(expires, 0, 8); 21
// 读取Domino用户DN 22
stream.read(username, 0, usernameLength); 23
// 读取SHA校验和 24
stream.read(sha, 0, 20); 25
// 转换用户名 26
char characters[] = new char[usernameLength]; 27
try { 28
InputStreamReader isr = new InputStreamReader( 29
new ByteArrayInputStream(username), 30
CHARSET); 31
isr.read(characters); 32
} catch (Exception e) { 33
} 34
// 获得Domino用户DN 35
String dn = new String(characters); 36
// 获得创建时间 37
Date creationDate = new Date( 38
Long.parseLong(new String(creation), 16) * 1000); 39
// 获得到期时间 40
Date expiresDate = new Date( 41
Long.parseLong(new String(expires), 16) * 1000); 42
…... 43
// 创建LTPA Token 44
ByteArrayOutputStream ostream = new ByteArrayOutputStream(); 45
try { 46
// LTPA Token版本号 47
ostream.write(header); 48
// 创建时间 49
ostream.write(creation); 50
// 过期时间 51
ostream.write(expires); 52
// Domino用户DN，如CN=SquallZhong/O=DigiWin 53
ostream.write(username); 54
// Domino LTPA 密钥 55
ostream.write(dominoSecret); 56
ostream.close(); 57
} catch (IOException e) { 58
throw new RuntimeException(e); 59
} 60
// 进行 SHA-1 校验和 61
MessageDigest md; 62
try { 63
md = MessageDigest.getInstance("SHA-1"); 64
md.reset(); 65
} catch (NoSuchAlgorithmException e) { 66
throw new RuntimeException(e); 67
} 68
byte[] digest = md.digest(ostream.toByteArray()); 69
// 完成 SHA-1 校验和，digest长度为20 70
boolean valid = MessageDigest.isEqual(digest, sha);
3.3.2 生成
01
/** 02
* 为指定用户创建有效的LTPA Token.创建时间为<tt>now</tt>. 03
* 04
* @param username 05
* - 用户名，注：使用用户全称，如：CN=SquallZhong/O=VGOLive Technology 06
* @param creationTime 07
* - 创建时间 08
* @param durationMinutes 09
* - 到期时间，单位：分钟 10
@param ltpaSecretStr 11
* - Domino Ltpa 加密字符串 12
* @return - 返回已Base64编码的Ltpa Cookie. 13
* @throws NoSuchAlgorithmException 14
* @throws Base64DecodeException 15
*/ 16
public static String createLtpaToken(String username, 17
GregorianCalendar creationTime, int durationMinutes, 18
String ltpaSecretStr) throws NoSuchAlgorithmException { 19
// Base64解码ltpaSecretStr 20
byte[] ltpaSecret = Base64.decodeBase64(ltpaSecretStr.getBytes()); 21
// 用户名字节数组 22
byte[] usernameArray = username.getBytes(); 23
byte[] workingBuffer = new byte[preUserDataLength 24
+ usernameArray.length + ltpaSecret.length]; 25
26
// 设置ltpaToken版本至workingBuffer 27
System.arraycopy(ltpaTokenVersion, 0, workingBuffer, 0, 28
ltpaTokenVersion.length); 29
// 获得过期时间，过期时间=当前时间+到期时间(分钟) 30
GregorianCalendar expirationDate = (GregorianCalendar) creationTime 31
.clone(); 32
expirationDate.add(Calendar.MINUTE, durationMinutes); 33
34
// 转换创建时间至16进制字符串 35
String hex = dateStringFiller 36
+ Integer.toHexString( 37
(int) (creationTime.getTimeInMillis() / 1000)) 38
.toUpperCase(); 39
// 设置创建时间至workingBuffer 40
System.arraycopy(hex.getBytes(), hex.getBytes().length 41
- dateStringLength, workingBuffer, creationDatePosition, 42
dateStringLength); 43
44
// 转换过期时间至16进制字符串 45
hex = dateStringFiller 46
+ Integer.toHexString( 47
(int) (expirationDate.getTimeInMillis() / 1000)) 48
.toUpperCase(); 49
// 设置过期时间至workingBuffer 50
System.arraycopy(hex.getBytes(), hex.getBytes().length 51
- dateStringLength, workingBuffer, expirationDatePosition, 52
dateStringLength); 53
54
// 设置用户全称至workingBuffer 55
System.arraycopy(usernameArray, 0, workingBuffer, preUserDataLength, 56
usernameArray.length); 57
58
// 设置已Base64解码ltpaSecret至workingBuffer 59
System.arraycopy(ltpaSecret, 0, workingBuffer, preUserDataLength 60
+ usernameArray.length, ltpaSecret.length); 61
// 创建Hash字符串 62
byte[] hash = createHash(workingBuffer); 63
64
// ltpaToken版本+开始时间(16进制)+到期时间(16进制)+用户全名+SHA-1(ltpaToken版本+开始时间(16进制)+到期时间(16进制)+用户全名) 65
byte[] outputBuffer = new byte[preUserDataLength + usernameArray.length 66
+ hashLength]; 67
System.arraycopy(workingBuffer, 0, outputBuffer, 0, preUserDataLength 68
+ usernameArray.length); 69
System.arraycopy(hash, 0, outputBuffer, preUserDataLength 70
+ usernameArray.length, hashLength); 71
// 返回已Base64编码的outputBuffer 72
return new String(Base64.encodeBase64(outputBuffer)); 73
} 74
…...
4. 通过F5 BIG-IP创建Domino LTPAToken
F5 iRule代码如下：
when RULE_INIT {
01
set cookie_name "LtpaToken" # 不更改 02
set ltpa_version "\x00\x01\x02\x03" # 不更改 03
set ltpa_secret "b64encodedsecretkey" # 从Domino SSO文档获得ltpa密钥 04
set ltpa_timeout "1800" # 从Domino SSO文档中获得过期时间，单位：秒 05
} 06
07
when HTTP_REQUEST { 08
# 09
# Do your usual F5 HTTP authentication here 10
# 11
# Initial values 12
set creation_time_temp [clock seconds] 13
set creation_time [format %X $creation_time_temp] 14
set expr_time_temp [expr { $creation_time_temp + $::ltpa_timeout}] 15
set expr_time [format %X $expr_time_temp] 16
set username [HTTP::username] 17
set ltpa_secret_decode [b64decode $::ltpa_secret] 18
# First part of token 19
set cookie_data_raw {} 20
append cookie_data_raw $::ltpa_version 21
append cookie_data_raw $creation_time 22
append cookie_data_raw $expr_time 23
append cookie_data_raw $username 24
append cookie_data_raw $ltpa_secret_decode 25
# SHA1 of first part of token 26
set sha_cookie_raw [sha1 $cookie_data_raw] 27
# Final not yet encoded token 28
set ltpa_token_raw {} 29
append ltpa_token_raw $::ltpa_version 30
append ltpa_token_raw $creation_time 31
append ltpa_token_raw $expr_time 32
append ltpa_token_raw $username 33
append ltpa_token_raw $sha_cookie_raw 34
# Final Base64 encoded token 35
set ltpa_token_final [b64encode $ltpa_token_raw] 36
# Insert the cookie 37
HTTP::cookie insert name $::cookie_name value $ltpa_token_final 38
} 39
# Remove Authorization HTTP header to avoid using basic authentication 40
if { [HTTP::header exists "Authorization"] } { 41
HTTP::header remove "Authorization" 42
} 43
}
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