单点登录Single Sign-on

转自：http://blog.csdn.net/javachannel/archive/2006/05/24/752437.aspx

摘要：
单点登录（SSO）的技术被越来越广泛地运用到各个领域的软件系统当中。本文从业务的角度分析了单点登录的需求和应用领域；从技术本身的角度分析了单点登录技术的内部机制和实现手段，并且给出Web-SSO和桌面SSO的实现、源代码和详细讲解；还从安全和性能的角度对现有的实现技术进行进一步分析，指出相应的风险和需要改进的方面。本文除了从多个方面和角度给出了对单点登录（SSO）的全面分析，还并且讨论了如何将现有的应用和SSO服务结合起来，能够帮助应用架构师和系统分析人员从本质上认识单点登录，从而更好地设计出符合需要的安全架构。
1 什么是单点登陆
单点登录（Single Sign On），简称为 SSO，是目前比较流行的企业业务整合的解决方案之一。SSO的定义是在多个应用系统中，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。
较大的企业内部，一般都有很多的业务支持系统为其提供相应的管理和IT服务。例如财务系统为财务人员提供财务的管理、计算和报表服务；人事系统为人事部门提供全公司人员的维护服务；各种业务系统为公司内部不同的业务提供不同的服务等等。这些系统的目的都是让计算机来进行复杂繁琐的计算工作，来替代人力的手工劳动，提高工作效率和质量。这些不同的系统往往是在不同的时期建设起来的，运行在不同的平台上；也许是由不同厂商开发，使用了各种不同的技术和标准。如果举例说国内一著名的IT公司（名字隐去），内部共有60多个业务系统，这些系统包括两个不同版本的SAP的ERP系统，12个不同类型和版本的数据库系统，8个不同类型和版本的操作系统，以及使用了3种不同的防火墙技术，还有数十种互相不能兼容的协议和标准，你相信吗？不要怀疑，这种情况其实非常普遍
2 单点登陆的技术实现机制
单点登录的机制其实是比较简单的，用一个现实中的例子做比较。颐和园是北京著名的旅游景点，也是我常去的地方。在颐和园内部有许多独立的景点，例如“苏州街”、“佛香阁”和“德和园”，都可以在各个景点门口单独买票。很多游客需要游玩所有德景点，这种买票方式很不方便，需要在每个景点门口排队买票，钱包拿进拿出的，容易丢失，很不安全。于是绝大多数游客选择在大门口买一张通票（也叫套票），就可以玩遍所有的景点而不需要重新再买票。他们只需要在每个景点门口出示一下刚才买的套票就能够被允许进入每个独立的景点。
单点登录的机制也一样，如下图所示，当用户第一次访问应用系统1的时候，因为还没有登录，会被引导到认证系统中进行登录（1）；根据用户提供的登录信息，认证系统进行身份效验，如果通过效验，应该返回给用户一个认证的凭据－－ticket（2）；用户再访问别的应用的时候（3，5）就会将这个ticket带上，作为自己认证的凭据，应用系统接受到请求之后会把ticket送到认证系统进行效验，检查ticket的合法性（4，6）。如果通过效验，用户就可以在不用再次登录的情况下访问应用系统2和应用系统3了。

从上面的视图可以看出，要实现SSO，需要以下主要的功能：
所有应用系统共享一个身份认证系统。
统一的认证系统是SSO的前提之一。认证系统的主要功能是将用户的登录信息和用户信息库相比较，对用户进行登录认证；认证成功后，认证系统应该生成统一的认证标志（ticket），返还给用户。另外，认证系统还应该对ticket进行效验，判断其有效性。
所有应用系统能够识别和提取ticket信息
要实现SSO的功能，让用户只登录一次，就必须让应用系统能够识别已经登录过的用户。应用系统应该能对ticket进行识别和提取，通过与认证系统的通讯，能自动判断当前用户是否登录过，从而完成单点登录的功能。
上面的功能只是一个非常简单的SSO架构，在现实情况下的SSO有着更加复杂的结构。有两点需要指出的是：
    单一的用户信息数据库并不是必须的，有许多系统不能将所有的用户信息都集中存储，应该允许用户信息放置在不同的存储中，如下图所示。事实上，只要统一认证系统，统一ticket的产生和效验，无论用户信息存储在什么地方，都能实现单点登录。
    统一的认证系统并不是说只有单个的认证服务器，如下图所示，整个系统可以存在两个以上的认证服务器，这些服务器甚至可以是不同的产品。认证服务器之间要通过标准的通讯协议，互相交换认证信息，就能完成更高级别的单点登录。如下图，当用户在访问应用系统1时，由第一个认证服务器进行认证后，得到由此服务器产生的ticket。当他访问应用系统4的时候，认证服务器2能够识别此ticket是由第一个服务器产生的，通过认证服务器之间标准的通讯协议（例如SAML）来交换认证信息，仍然能够完成SSO的功能
3 WEB-SSO的实现
     随着互联网的高速发展，WEB应用几乎统治了绝大部分的软件应用系统，因此WEB-SSO是SSO应用当中最为流行。WEB-SSO有其自身的特点和优势，实现起来比较简单易用。很多商业软件和开源软件都有对WEB-SSO的实现。其中值得一提的是OpenSSO （https://opensso.dev.java.net），为用Java实现WEB-SSO提供架构指南和服务指南，为用户自己来实现WEB-SSO提供了理论的依据和实现的方法。
     为什么说WEB-SSO比较容易实现呢？这是有WEB应用自身的特点决定的。
     众所周知，Web协议（也就是HTTP）是一个无状态的协议。一个Web应用由很多个Web页面组成，每个页面都有唯一的URL来定义。用户在浏览器的地址栏输入页面的URL，浏览器就会向Web Server去发送请求。如下图，浏览器向Web服务器发送了两个请求，申请了两个页面。这两个页面的请求是分别使用了两个单独的HTTP连接。所谓无状态的协议也就是表现在这里，浏览器和Web服务器会在第一个请求完成以后关闭连接通道，在第二个请求的时候重新建立连接。Web服务器并不区分哪个请求来自哪个客户端，对所有的请求都一视同仁，都是单独的连接。这样的方式大大区别于传统的（Client/Server）C/S结构,在那样的应用中，客户端和服务器端会建立一个长时间的专用的连接通道。正是因为有了无状态的特性，每个连接资源能够很快被其他客户端所重用，一台Web服务器才能够同时服务于成千上万的客户端。
     但是我们通常的应用是有状态的。先不用提不同应用之间的SSO，在同一个应用中也需要保存用户的登录身份信息。例如用户在访问页面1的时候进行了登录，但是刚才也提到，客户端的每个请求都是单独的连接，当客户再次访问页面2的时候，如何才能告诉Web服务器，客户刚才已经登录过了呢？浏览器和服务器之间有约定：通过使用cookie技术来维护应用的状态。Cookie是可以被Web服务器设置的字符串，并且可以保存在浏览器中。如下图所示，当浏览器访问了页面1时，web服务器设置了一个cookie，并将这个cookie和页面1一起返回给浏览器，浏览器接到cookie之后，就会保存起来，在它访问页面2的时候会把这个cookie也带上，Web服务器接到请求时也能读出cookie的值，根据cookie值的内容就可以判断和恢复一些用户的信息状态。
    Web-SSO完全可以利用Cookie结束来完成用户登录信息的保存，将浏览器中的Cookie和上文中的Ticket结合起来，完成SSO的功能。
    为了完成一个简单的SSO的功能，需要两个部分的合作：
    a 统一的身份认证服务。
    b 修改Web应用，使得每个应用都通过这个统一的认证服务来进行身份效验。
3.1 Web SSO 的样例
   根据上面的原理，我用J2EE的技术（JSP和Servlet）完成了一个具有Web-SSO的简单样例。样例包含一个身份认证的服务器和两个简单的Web应用，使得这两个 Web应用通过统一的身份认证服务来完成Web-SSO的功能。此样例所有的源代码和二进制代码都可以从网站地址http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/ 下载。

样例下载、安装部署和运行指南：
    a Web-SSO的样例是由三个标准Web应用组成，压缩成三个zip文件，从http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/中下载。其中SSOAuth（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOAuth.zip）是身份认证服务；SSOWebDemo1（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOWebDemo1.zip）和SSOWebDemo2（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOWebDemo2.zip）是两个用来演示单点登录的Web应用。这三个Web应用之所以没有打成war包，是因为它们不能直接部署，根据读者的部署环境需要作出小小的修改。样例部署和运行的环境有一定的要求，需要符合Servlet2.3以上标准的J2EE容器才能运行（例如Tomcat5,Sun Application Server 8, Jboss 4等）。另外，身份认证服务需要JDK1.5的运行环境。之所以要用JDK1.5是因为笔者使用了一个线程安全的高性能的Java集合类“ConcurrentMap”，只有在JDK1.5中才有。
    b 这三个Web应用完全可以单独部署，它们可以分别部署在不同的机器，不同的操作系统和不同的J2EE的产品上，它们完全是标准的和平台无关的应用。但是有一个限制，那两台部署应用（demo1、demo2）的机器的域名需要相同，这在后面的章节中会解释到cookie和domain的关系以及如何制作跨域的WEB-SSO
   c 解压缩SSOAuth.zip文件，在/WEB-INF/下的web.xml中请修改“domainname”的属性以反映实际的应用部署情况，domainname需要设置为两个单点登录的应用（demo1和demo2）所属的域名。这个domainname和当前SSOAuth服务部署的机器的域名没有关系。我缺省设置的是“.sun.com”。如果你部署demo1和demo2的机器没有域名，请输入IP地址或主机名（如localhost），但是如果使用IP地址或主机名也就意味着demo1和demo2需要部署到一台机器上了。设置完后，根据你所选择的J2EE容器，可能需要将SSOAuth这个目录压缩打包成war文件。用“jar -cvf SSOAuth.war SSOAuth/”就可以完成这个功能。
   d 解压缩SSOWebDemo1和SSOWebDemo2文件，分别在它们/WEB-INF/下找到web.xml文件，请修改其中的几个初始化参数

<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>

将其中的SSOServiceURL和SSOLoginPage修改成部署SSOAuth应用的机器名、端口号以及根路径（缺省是SSOAuth）以反映实际的部署情况。设置完后，根据你所选择的J2EE容器，可能需要将SSOWebDemo1和SSOWebDemo2这两个目录压缩打包成两个war文件。用“jar -cvf SSOWebDemo1.war SSOWebDemo1/”就可以完成这个功能。
    e 请输入第一个web应用的测试URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo1/test.jsp，如果是第一次访问，便会自动跳转到登录界面，如下图

   f 使用系统自带的三个帐号之一登录（例如，用户名：wangyu,密码：wangyu），便能成功的看到test.jsp的内容：显示当前用户名和欢迎信息。
   g 请接着在同一个浏览器中输入第二个web应用的测试URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo2/test.jsp。你会发现，不需要再次登录就能看到test.jsp的内容，同样是显示当前用户名和欢迎信息，而且欢迎信息中明确的显示当前的应用名称（demo2）。
3.2 WEB-SSO代码讲解
参考原文出处。
4 当前方案的安全局限性
当前这个WEB-SSO的方案是一个比较简单的雏形，主要是用来演示SSO的概念和说明SSO技术的实现方式。有很多方面还需要完善，其中安全性是非常重要的一个方面。
我们说过，采用SSO技术的主要目的之一就是加强安全性，降低安全风险。因为采用了SSO，在网络上传递密码的次数减少，风险降低是显然的，但是当前的方案却有其他的安全风险。由于cookie是一个用户登录的唯一凭据，对cookie的保护措施是系统安全的重要环节：
cookie的长度和复杂度
在本方案中，cookie是有一个固定的字符串（我的姓名）加上当前的时间戳。这样的cookie很容易被伪造和猜测。怀有恶意的用户如果猜测到合法的cookie就可以被当作已经登录的用户，任意访问权限范围内的资源
cookie的效验和保护
在本方案中，虽然密码只要传输一次就够了，可cookie在网络中是经常传来传去。一些网络探测工具（如sniff, snoop,tcpdump等）可以很容易捕获到cookie的数值。在本方案中，并没有考虑cookie在传输时候的保护。另外对cookie的效验也过于简单，并不去检查发送cookie的来源究竟是不是cookie最初的拥有者，也就是说无法区分正常的用户和仿造cookie的用户。
当其中一个应用的安全性不好，其他所有的应用都会受到安全威胁
因为有SSO，所以当某个处于 SSO的应用被黒客攻破，那么很容易攻破其他处于同一个SSO保护的应用。
这些安全漏洞在商业的SSO解决方案中都会有所考虑，提供相关的安全措施和保护手段，例如Sun公司的Access Manager，cookie的复杂读和对cookie的保护都做得非常好。另外在OpneSSO （https://opensso.dev.java.net）的架构指南中也给出了部分安全措施的解决方案
5 当前方案的功能和性能局限性
6 桌面SSO的实现
7 真正安全的全方位SSO解决方案：Kerberos
我们的样例程序（桌面SSO和WEB-SSO）都有一个共性：要想将一个应用集成到我们的SSO解决方案中，或多或少的需要修改应用程序。Web应用需要配置一个我们预制的filter；桌面应用需要加上我们桌面SSO的JAAS模块（至少要修改JAAS的配置文件）。可是有很多程序是没有源代码和无法修改的，例如常用的远程通讯程序telnet和ftp等等一些操作系统自己带的常用的应用程序。这些程序是很难修改加入到我们的SSO的解决方案中。
事实上有一种全方位的SSO解决方案能够解决这些问题，这就是Kerberos协议（RFC 1510）。Kerberos是网络安全应用标准(http://web.mit.edu/kerberos/)，由MIT学校发明，被主流的操作系统所采用。在采用kerberos的平台中，登录和认证是由操作系统本身来维护，认证的凭证也由操作系统来保存，这样整个桌面都可以处于同一个SSO的系统保护中。操作系统中的各个应用（如ftp,telnet）只需要通过配置就能加入到SSO中。另外使用Kerberos最大的好处在于它的安全性。通过密钥算法的保证和密钥中心的建立，可以做到用户的密码根本不需要在网络中传输，而传输的信息也会十分的安全。
目前支持Kerberos的操作系统包括Solaris, windows,Linux等等主流的平台。只不过要搭建一个Kerberos的环境比较复杂，KDC（密钥分发中心）的建立也需要相当的步骤。Kerberos拥有非常成熟的API，包括Java的API。使用Java Generic Security Services(GSS) API并且使用JAAS中对Kerberos的支持（详细信息请参见Sun的Java&Kerberos教程http://java.sun.com/ j2se/1.5.0/docs/guide/security/jgss/tutorials/index.html），要将我们这个样例改造成对Kerberos的支持也是不难的。 值得一提的是在JDK6.0 （http://www.java.net/download/jdk6）当中直接就包含了对GSS的支持，不需要单独下载GSS的包。
8 总结
本文的主要目的是阐述SSO的基本原理，并提供了一种实现的方式。通过对源代码的分析来掌握开发SSO服务的技术要点和充分理解SSO的应用范围。但是，本文仅仅说明了身份认证的服务，而另外一个和身份认证密不可分的服务----权限效验，却没有提到。要开发出真正的SSO的产品，在功能上、性能上和安全上都必须有更加完备的考虑。
OpenSSO 的网站： https://opensso.dev.java.net