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
}