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发布于 2015/06/09 14:08
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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。
关键字:SSO, Java, J2EE, JAAS
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。每一个应用系统在运行了数年以后,都会成为不可替换的企业IT架构的一部分,如下图所示。
随 着企业的发展,业务系统的数量在不断的增加,老的系统却不能轻易的替换,这会带来很多的开销。其一是管理上的开销,需要维护的系统越来越多。很多系统的数 据是相互冗余和重复的,数据的不一致性会给管理工作带来很大的压力。业务和业务之间的相关性也越来越大,例如公司的计费系统和财务系统,财务系统和人事系 统之间都不可避免的有着密切的关系。
为了降低管理的消耗,最大限度的重用已有投资的系统,很多企业都在进行着企业应用集成(EAI)。 企业应用集成可以在不同层面上进行:例如在数据存储层面上的“数据大集中”,在传输层面上的“通用数据交换平台”,在应用层面上的“业务流程整合”,和用 户界面上的“通用企业门户”等等。事实上,还用一个层面上的集成变得越来越重要,那就是“身份认证”的整合,也就是“单点登录”。
通常来说,每个单独的系统都会有自己的安全体系和身份认证系统。整合以前,进入每个系统都需要进行登录,这样的局面不仅给管理上带来了很大的困难,在安全方面也埋下了重大的隐患。下面是一些著名的调查公司显示的统计数据:
  • 用户每天平均 16 分钟花在身份验证任务上 资料来源: IDS
  • 频繁的 IT 用户平均有 21 个密码 资料来源: NTA Monitor Password Survey
  • 49% 的人写下了其密码,而 67% 的人很少改变它们
  • 每 79 秒出现一起身份被窃事件 资料来源:National Small Business Travel Assoc
  • 全球欺骗损失每年约 12B - 资料来源:Comm Fraud Control Assoc
  • 到 2007 年,身份管理市场将成倍增长至 $4.5B - 资料来源:IDS
 
使用“单点登录”整合后,只需要登录一次就可以进入多个系统,而不需要重新登录,这不仅仅带来了更好的用户体验,更重要的是降低了安全的风险和管理的消耗。请看下面的统计数据:
  • 提高 IT 效率:对于每 1000 个受管用户,每用户可节省$70K
  • 帮助台呼叫减少至少1/3,对于 10K 员工的公司,每年可以节省每用户 $75,或者合计 $648K
  • 生产力提高:每个新员工可节省 $1K,每个老员工可节省 $350 资料来源:Giga
  • ROI 回报:7.5 到 13 个月 �资料来源:Gartner
 
另外,使用“单点登录”还是SOA时代的需求之一。在面向服务的架构中,服务和服务之间,程序和程序之间的通讯大量存在,服务之间的安全认证是SOA应用的难点之一,应此建立“单点登录”的系统体系能够大大简化SOA的安全问题,提高服务之间的合作效率。
单点登陆的技术实现机制
随着SSO技术的流行,SSO的产品也是满天飞扬。所有著名的软件厂商都提供了相应的解决方案。在这里我并不想介绍自己公司(Sun Microsystems)的产品,而是对SSO技术本身进行解析,并且提供自己开发这一类产品的方法和简单演示。有关我写这篇文章的目的,请参考我的博客( http://yuwang881.blog.sohu.com/3184816.html)。
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:
  1. 统一的身份认证服务。
  2. 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:
  • 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。
  • 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
  • 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。
  • 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。
  • 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

  • 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。
  • 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
3.2.1 身份认证服务代码解析
Web-SSO的源代码可以从网站地址http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/websso_src.zip下载。身份认证服务是一个标准的web应用,包括一个名为SSOAuth的Servlet,一个login.jsp文件和一个failed.html。身份认证的所有服务几乎都由SSOAuth的Servlet来实现了;login.jsp用来显示登录的页面(如果发现用户还没有登录过);failed.html是用来显示登录失败的信息(如果用户的用户名和密码与信息数据库中的不一样)。
SSOAuth的代码如下面的列表显示,结构非常简单,先看看这个Servlet的主体部分
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();
         }
     }
 
.....
 
}
 
从代码很容易看出,SSOAuth就是一个简单的Servlet。其中有两个静态成员变量:accounts和SSOIDs,这两个成员变量都使用了JDK1.5中线程安全的MAP类: ConcurrentMap,所以这个样例一定要JDK1.5才能运行。Accounts用来存放用户的用户名和密码,在init()的方法中可以看到我给系统添加了三个合法的用户。在实际应用中,accounts应该是去数据库中或LDAP中获得,为了简单起见,在本样例中我使用了ConcurrentMap在内存中用程序创建了三个用户。而SSOIDs保存了在用户成功的登录后所产生的cookie和用户名的对应关系。它的功能显而易见:当用户成功登录以后,再次访问别的系统,为了鉴别这个用户请求所带的cookie的有效性,需要到SSOIDs中检查这样的映射关系是否存在。
 
在主要的请求处理方法processRequest()中,可以很清楚的看到SSOAuth的所有功能
  1. 如果用户还没有登录过,是第一次登录本系统,会被跳转到login.jsp页面(在后面会解释如何跳转)。用户在提供了用户名和密码以后,就会用handlerFromLogin()这个方法来验证。
  2. 如果用户已经登录过本系统,再访问别的应用的时候,是不需要再次登录的。因为浏览器会将第一次登录时产生的cookie和请求一起发送。效验cookie的有效性是SSOAuth的主要功能之一。
  3. SSOAuth还能直接效验非login.jsp页面过来的用户名和密码的效验请求。这个功能是用于非web应用的SSO,这在后面的桌面SSO中会用到。
  4. SSOAuth还提供logout服务。
 
下面看看几个主要的功能函数:
  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()这个方法是用来处理来自login.jsp的登录请求。它的逻辑很简单:将用户输入的用户名和密码与预先设定好的用户集合(存放在accounts中)相比较,如果用户名或密码不匹配的话,则返回登录失败的页面(failed.html),如果登录成功的话,需要为用户当前的session创建一个新的ID,并将这个ID和用户名的映射关系存放到SSOIDs中,最后还要将这个ID设置为浏览器能够保存的cookie值。
登录成功后,浏览器会到哪个页面呢?那我们回顾一下我们是如何使用身份认证服务的。一般来说我们不会直接访问身份服务的任何URL,包括login.jsp。身份服务是用来保护其他应用服务的,用户一般在访问一个受SSOAuth保护的Web应用的某个URL时,当前这个应用会发现当前的用户还没有登录,便强制将也页面转向SSOAuth的login.jsp,让用户登录。如果登录成功后,应该自动的将用户的浏览器指向用户最初想访问的那个URL。在handlerFromLogin()这个方法中,我们通过接收“goto”这个参数来保存用户最初访问的URL,成功后便重新定向到这个页面中。
另外一个要说明的是,在设置cookie的时候,我使用了一个setMaxAge(6000)的方法。这个方法是用来设置cookie的有效期,单位是秒。如果不使用这个方法或者参数为负数的话,当浏览器关闭的时候,这个cookie就失效了。在这里我给了很大的值(1000分钟),导致的行为是:当你关闭浏览器(或者关机),下次再打开浏览器访问刚才的应用,只要在1000分钟之内,就不需要再登录了。我这样做是下面要介绍的桌面SSO中所需要的功能。
其他的方法更加简单,这里就不多解释了。
 
3.2.2 具有 SSO 功能的 web 应用源代码解析
要实现WEB-SSO的功能,只有身份认证服务是不够的。这点很显然,要想使多个应用具有单点登录的功能,还需要每个应用本身的配合:将自己的身份认证的服务交给一个统一的身份认证服务-SSOAuth。SSOAuth服务中提供的各个方法就是供每个加入SSO的Web应用来调用的。
一般来说,Web应用需要SSO的功能,应该通过以下的交互过程来调用身份认证服务的提供的认证服务:
  • Web应用中每一个需要安全保护的URL在访问以前,都需要进行安全检查,如果发现没有登录(没有发现认证之后所带的cookie),就重新定向到SSOAuth中的login.jsp进行登录。
  • 登录成功后,系统会自动给你的浏览器设置cookie,证明你已经登录过了。
  • 当你再访问这个应用的需要保护的URL的时候,系统还是要进行安全检查的,但是这次系统能够发现相应的cookie。
  • 有了这个cookie,还不能证明你就一定有权限访问。因为有可能你已经logout,或者cookie已经过期了,或者身份认证服务重起过,这些情况下,你的cookie都可能无效。应用系统拿到这个cookie,还需要调用身份认证的服务,来判断cookie时候真的有效,以及当前的cookie对应的用户是谁。
  • 如果cookie效验成功,就允许用户访问当前请求的资源。
以上这些功能,可以用很多方法来实现:
  • 在每个被访问的资源中(JSP或Servlet)中都加入身份认证的服务,来获得cookie,并且判断当前用户是否登录过。不过这个笨方法没有人会用:-)。
  • 可以通过一个controller,将所有的功能都写到一个servlet中,然后在URL映射的时候,映射到所有需要保护的URL集合中(例如*.jsp,/security/*等)。这个方法可以使用,不过,它的缺点是不能重用。在每个应用中都要部署一个相同的servlet。
  • Filter是比较好的方法。符合Servlet2.3以上的J2EE容器就具有部署filter的功能。(Filter的使用可以参考JavaWolrd的文章http://www.javaworld.com/javaworld/jw-06-2001/jw-0622-filters.html)Filter是一个具有很好的模块化,可重用的编程API,用在SSO正合适不过。本样例就是使用一个filter来完成以上的功能。
 
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码有两点需要说明:一是有两个需要配置的参数SSOServiceURL和SSOLoginPage。因为当前的Web应用很可能和身份认证服务(SSOAuth)不在同一台机器上,所以需要让这个filter知道身份认证服务部署的URL,这样才能去调用它的服务。另外一点就是由于身份认证的服务调用是要通过http协议来调用的(在本样例中是这样设计的,读者完全可以设计自己的身份服务,使用别的调用协议,如RMI或SOAP等等),所有笔者引用了apache的commons工具包(详细信息情访问apache 的网站http://jakarta.apache.org/commons/index.html),其中的“httpclient”可以大大简化http调用的编程。
下面看看filter的主体方法doFilter():
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 ="";
 
         // 检查 http 请求的 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();
 
                     // 如果找到了相应的 cookie 则效验其有效性
                     result = SSOService(cookieValue);
                     if (debug) log("found cookies!");
                 }
             }
         }
         if (result.equals("failed")) { // 效验失败或没有找到 cookie ,则需要登录
             response.sendRedirect(SSOLoginPage+"?goto="+url);
         } else if (qstring.indexOf("logout") > 1) {//logout 服务
             if (debug) log("logout action!");
             logoutService(cookieValue);
             response.sendRedirect(SSOLoginPage+"?goto="+url);
         } else {// 效验成功
             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()方法的逻辑也是非常简单的,在接收到请求的时候,先去查找是否存在期望的cookie值,如果找到了,就会调用SSOService(cookieValue)去效验这个cookie的有效性。如果cookie效验不成功或者cookie根本不存在,就会直接转到登录界面让用户登录;如果cookie效验成功,就不会做任何阻拦,让此请求进行下去。在配置文件中,有下面的一个节点表示了此filter的URL映射关系:只拦截所有的jsp请求。
<filter-mapping>
< filter-name>SSOFilter</filter-name>
< url-pattern>*.jsp</url-pattern>
< /filter-mapping>
 
下面还有几个主要的函数需要说明:
     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();
         }
     }
这两个函数主要是利用apache中的httpclient访问SSOAuth提供的认证服务来完成效验cookie和logout的功能。
其他的函数都很简单,有很多都是我的IDE(NetBeans)替我自动生成的。
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。
当前方案的功能和性能局限性
除了安全性,当前方案在功能和性能上都需要很多的改进:
  • 当前所提供的登录认证模式只有一种:用户名和密码,而且为了简单,将用户名和密码放在内存当中。事实上,用户身份信息的来源应该是多种多样的,可以是来自数据库中,LDAP中,甚至于来自操作系统自身的用户列表。还有很多其他的认证模式都是商务应用不可缺少的,因此SSO的解决方案应该包括各种认证的模式,包括数字证书,Radius, SafeWord ,MemberShip,SecurID等多种方式。最为灵活的方式应该允许可插入的JAAS框架来扩展身份认证的接口
  • 我们编写的Filter只能用于J2EE的应用,而对于大量非Java的Web应用,却无法提供SSO服务。
  • 在将Filter应用到Web应用的时候,需要对容器上的每一个应用都要做相应的修改,重新部署。而更加流行的做法是Agent机制:为每一个应用服务器安装一个agent,就可以将SSO功能应用到这个应用服务器中的所有应用。
  • 当前的方案不能支持分别位于不同domain的Web应用进行SSO。这是因为浏览器在访问Web服务器的时候,仅仅会带上和当前web服务器具有相同domain名称的那些cookie。要提供跨域的SSO的解决方案有很多其他的方法,在这里就不多说了。Sun的Access Manager就具有跨域的SSO的功能。
  • 另外,Filter的性能问题也是需要重视的方面。因为Filter会截获每一个符合URL映射规则的请求,获得cookie,验证其有效性。这一系列任务是比较消耗资源的,特别是验证cookie有效性是一个远程的http的调用,来访问SSOAuth的认证服务,有一定的延时。因此在性能上需要做进一步的提高。例如在本样例中,如果将URL映射从“.jsp”改成“/*”,也就是说filter对所有的请求都起作用,整个应用会变得非常慢。这是因为,页面当中包含了各种静态元素如gif图片,css样式文件,和其他html静态页面,这些页面的访问都要通过filter去验证。而事实上,这些静态元素没有什么安全上的需求,应该在filter中进行判断,不去效验这些请求,性能会好很多。另外,如果在filter中加上一定的cache,而不需要每一个cookie效验请求都去远端的身份认证服务中执行,性能也能大幅度提高。
  • 另外系统还需要很多其他的服务,如在内存中定时删除无用的cookie映射等等,都是一个严肃的解决方案需要考虑的问题。
桌面 SSO 的实现
从WEB-SSO的概念延伸开,我们可以把SSO的技术拓展到整个桌面的应用,不仅仅局限在浏览器。SSO的概念和原则都没有改变,只需要再做一点点的工作,就可以完成桌面 SSO 的应用。
桌面SSO和WEB-SSO一样,关键的技术也在于如何在用户登录过后保存登录的凭据。在WEB-SSO中,登录的凭据是靠浏览器的cookie机制来完成的;在桌面应用中,可以将登录的凭证保存到任何地方,只要所有SSO的桌面应用都共享这个凭证。
从网站可以下载一个简单的桌面SSO的样例( http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/desktop-sso/desktopsso.zip)和全部源码(http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/desktop-sso/desktopsso_src.zip),虽然简单,但是它具有桌面SSO大多数的功能,稍微加以扩充就可以成为自己的解决方案。
 
6.1 桌面样例的部署
  1. 运行此桌面SSO需要三个前提条件:
    a) WEB-SSO的身份认证应用应该正在运行,因为我们在桌面SSO当中需要用到统一的认证服务
    b) 当前桌面需要运行Mozilla或Netscape浏览器,因为我们将ticket保存到mozilla的cookie文件中
    c) 必须在JDK1.4以上运行。(WEB-SSO需要JDK1.5以上)
  2. 解开desktopsso.zip文件,里面有两个目录bin和lib。
  3. bin目录下有一些脚本文件和配置文件,其中config.properties包含了三个需要配置的参数:
    a) SSOServiceURL要指向WebSSO部署的身份认证的URL
    b) SSOLoginPage要指向WebSSO部署的身份认证的登录页面URL
    c) cookiefilepath要指向当前用户的mozilla所存放cookie的文件
  4. 在bin目录下还有一个login.conf是用来配置JAAS登录模块,本样例提供了两个,读者可以任意选择其中一个(也可以都选),再重新运行程序,查看登录认证的变化
  5. 在bin下的运行脚本可能需要作相应的修改
    a) 如果是在unix下,各个jar文件需要用“:”来隔开,而不是“;”
    b) java 运行程序需要放置在当前运行的路径下,否则需要加上java的路径全名。
 
6.2 桌面样例的运行
样例程序包含三个简单的Java控制台程序,这三个程序单独运行都需要登录。如果运行第一个命叫“GameSystem”的程序,提示需要输入用户名和密码:
效验成功以后,便会显示当前登录的用户的基本信息等等。
 这时候再运行第二个桌面Java应用(mailSystem)的时候,就不需要再登录了,直接就显示出来刚才登录的用户。
第三个应用是logout,运行它之后,用户便退出系统。再访问的时候,又需要重新登录了。请读者再制裁执行完logout之后,重新验证一下前两个应用的SSO:先运行第二个应用,再运行第一个,会看到相同的效果。
我们的样例并没有在这里停步,事实上,本样例不仅能够和在几个Java应用之间SSO,还能和浏览器进行SSO,也就是将浏览器也当成是桌面的一部分。这对一些行业有着不小的吸引力。
这时候再打开Mozilla浏览器,访问以前提到的那两个WEB应用,会发现只要桌面应用如果登录过,Web应用就不用再登录了,而且能显示刚才登录的用户的信息。读者可以在几个桌面和Web应用之间进行登录和logout的试验,看看它们之间的SSO。
6.3 桌面样例的源码分析
桌面SSO的样例使用了JAAS(要了解JAAS的详细的信息请参考http://java.sun.com/products/jaas)。JAAS是对PAM(Pluggable Authentication Module)的Java实现,来完成 Java应用可插拔的安全认证模块。使用JAAS作为Java应用的安全认证模块有很多好处,最主要的是不需要修改源代码就可以更换认证方式。例如原有的Java应用如果使用JAAS的认证,如果需要应用SSO,只需要修改JAAS的配置文件就行了。现在在流行的J2EE和其他 Java的产品中,用户的身份认证都是通过JAAS来完成的。在样例中,我们就展示了这个功能。请看配置文件login.conf
     DesktopSSO {
    desktopsso.share.PasswordLoginModule required;
    desktopsso.share.DesktopSSOLoginModule required;
};
当我们注解掉第二个模块的时候,只有第一个模块起作用。在这个模块的作用下,只有test用户(密码是12345)才能登录。当我们注解掉第一个模块的时候,只有第二个模块起作用,桌面SSO才会起作用。
 
所有的Java桌面样例程序都是标准JAAS应用,熟悉JAAS的程序员会很快了解。JAAS中主要的是登录模块(LoginModule)。下面是SSO登录模块的源码:
  public class DesktopSSOLoginModule implements LoginModule {
    ..........
    private String SSOServiceURL = "";
    private String SSOLoginPage = "";
    private static String cookiefilepath = "";  
    .........
 
在config.properties的文件中,我们配置了它们的值:
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成员变量指向了在Web-SSO中用过的身份认证模块:SSOAuth,这就说明在桌面系统中我们试图和Web应用共用一个认证服务。而cookiefilepath成员变量则泄露了一个“天机”:我们使用了Mozilla浏览器的cookie文件来保存登录的凭证。换句话说,和Mozilla共用了一个保存登录凭证的机制。之所以用Mozilla是应为它的Cookie文件格式简单,很容易编程访问和修改任意的Cookie值。(我试图解析Internet Explorer的cookie文件但没有成功。)
下面是登录模块DesktopSSOLoginModule的主体:login()方法。逻辑也是非常简单:先用Cookie来登陆,如果成功,则直接就进入系统,否则需要用户输入用户名和密码来登录系统。
     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()方法的实体,它的逻辑是:先从Cookie文件中获得相应的Cookie值,通过身份效验服务效验Cookie的有效性。如果cookie有效就算登录成功;如果不成功或Cookie不存在,用cookie登录就算失败。
     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;
  }
 
 
用用户名和密码登录的方法要复杂一些,通过Callback的机制和屏幕输入输出进行信息交互,完成用户登录信息的获取;获取信息以后通过userAuth方法来调用远端SSOAuth的服务来判定当前登录的有效性。
    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工具包和远程的SSOAuth进行http连接,获取服务。
         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;
       
     }
 
还有一个地方需要补充说明的是,在本样例中,用户名和密码的输入都会在屏幕上显示明文。如果希望用掩码形式来显示密码,以提高安全性,请参考:http://java.sun.com/developer/technicalArticles/Security/pwordmask/
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。
 
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。

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