◆伍孟軒 李 偉 易叔海 程 蒙 劉 川

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跨域單點(diǎn)登錄解決方案研究

◆伍孟軒 李 偉 易叔海 程 蒙 劉 川

（武漢虹旭信息技術(shù)有限責(zé)任公司 湖北 430200）

為了解決跨域系統(tǒng)集成、子系統(tǒng)技術(shù)逐步升級以及多個(gè)子系統(tǒng)需要多次登錄的問題。本文結(jié)合目前所針對的業(yè)務(wù)系統(tǒng)特點(diǎn)，提出一種以HTTP、隨機(jī)驗(yàn)證碼（RIC：Random Identififying Code)、票據(jù)（ticket）、加密票據(jù)(mticket)和一次性驗(yàn)證票據(jù)DVP（Dispos-able verification paper）、業(yè)務(wù)應(yīng)用Session和本域Cookie為核心的跨域單點(diǎn)登錄解決方案，該方案以地址重定向的方式請求單點(diǎn)登錄服務(wù)器驗(yàn)證用戶信息并生成ticket、RIC、mticket以及指向RIC的DVP信息，并將對應(yīng)信息保存到數(shù)據(jù)庫。然后系統(tǒng)攜帶ticket和DVP信息重定向到目標(biāo)應(yīng)用，并通過嵌入應(yīng)用中的單點(diǎn)登錄客戶端解析相應(yīng)的票據(jù)、更新銷毀DVP并獲取登錄信息。獲取登錄信息后即可從獨(dú)立共享的資源訪問機(jī)制中獲取授權(quán)信息，進(jìn)而保證系統(tǒng)一次登錄便能訪問所有子系統(tǒng)受限資源。

單點(diǎn)登錄；Cookie；票據(jù)；跨域；認(rèn)證

0 引言

隨著技術(shù)的逐步發(fā)展，企業(yè)對自身信息化程度要求不斷提高，為保證已有系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下同時(shí)引入新的功能模塊，企業(yè)面臨遺留系統(tǒng)升級改造、新系統(tǒng)開發(fā)、第三方系統(tǒng)集成等問題。為了保證已有系統(tǒng)正常運(yùn)行，企業(yè)選擇對遺留系統(tǒng)采取逐步升級方案，同時(shí)由于企業(yè)信息化的迫切需求，新系統(tǒng)的開發(fā)和第三方系統(tǒng)集成必須同步進(jìn)行。在獨(dú)立于原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)新系統(tǒng)一般都會(huì)涉及開發(fā)一套新用戶權(quán)限認(rèn)證機(jī)制，多套權(quán)限認(rèn)證機(jī)制會(huì)導(dǎo)致用戶需要記錄多個(gè)用戶名和密碼，這樣不僅會(huì)增加了用戶負(fù)擔(dān)而且使用戶密碼泄露的概率增大，更重要的是極大的降低了用戶的工作效率并導(dǎo)致信息系統(tǒng)孤島問題。為了提高用戶工作效率、解決信息孤島聯(lián)通和用戶信息安全問題，單點(diǎn)登錄是面對企業(yè)信息化發(fā)展的必備解決方案。

單點(diǎn)登錄SSO（Single Sign-On）指用戶訪問部署于不同服務(wù)器的多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)，用戶只需要登錄一次系統(tǒng)進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證便可訪問所有被授權(quán)的系統(tǒng)受限資源而不需要在多套系統(tǒng)中進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證。

目前，市面上存在一些開源單點(diǎn)登錄解決方案，如CAS[4-5]單點(diǎn)登錄。該方案能較好的實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄，但同時(shí)存在一些問題。CAS單點(diǎn)登錄是使用Spring Webflow+springMVC構(gòu)建的一種通用重量級、有狀態(tài)單點(diǎn)登錄架構(gòu)模型，同時(shí)，對于分布式系統(tǒng)集成也存在較大的學(xué)習(xí)成本。此外相關(guān)文獻(xiàn)也提出了各自的單點(diǎn)登錄方案，文獻(xiàn)[7]提出了一種基于票據(jù)的跨域單點(diǎn)登錄，實(shí)現(xiàn)登錄信息通過加密網(wǎng)絡(luò)傳輸完成系統(tǒng)登錄認(rèn)證。文獻(xiàn)[8-9]提出了基于cookie保存票據(jù)的跨域單點(diǎn)登錄認(rèn)證方案。文獻(xiàn)[10]提出了一種基于地址統(tǒng)一資源定位器重定向的解決方案，將信息參數(shù)以明文附加在URL的后面，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用程序之間共享用戶信息。

基于對SSO模型分析并結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)，本文基于HTTP、RIC、ticket、mticket、DVP、業(yè)務(wù)系統(tǒng)Session和本域Cookie的綜合優(yōu)勢提出一種適合于自身業(yè)務(wù)系統(tǒng)的輕量級權(quán)限認(rèn)證方案。

1 總體架構(gòu)

跨域單點(diǎn)登錄總體方案如圖1所示，系統(tǒng)包括客戶端、單點(diǎn)登錄服務(wù)器、門戶管理子系統(tǒng)、web應(yīng)用、認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫和單點(diǎn)登錄客戶端。

1.1門戶管理子管理系統(tǒng)

門戶管理子管理系統(tǒng)包括系統(tǒng)登錄界面、權(quán)限管理模塊以及一些公用的系統(tǒng)模塊。本方案中重點(diǎn)在于關(guān)注系統(tǒng)登錄模塊，而權(quán)限管理等模塊可根據(jù)具體的實(shí)施方案確定；門戶管理子系統(tǒng)登錄界面提供訪問所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一入口，并為用戶提供用戶名和密碼承載界面以及認(rèn)證請求的提交入口。

1.2認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫

認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)門戶管理子系統(tǒng)所涉及到的相關(guān)資源信息的存儲(chǔ)和單點(diǎn)登錄服務(wù)器生成的標(biāo)識(shí)信息。認(rèn)證數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)信息具體包括：用戶注冊信息、資源信息、資源授權(quán)信息和認(rèn)證服務(wù)器生成的標(biāo)識(shí)信息。

1.3單點(diǎn)登錄服務(wù)器

單點(diǎn)登錄服務(wù)器屬于系統(tǒng)認(rèn)證核心功能。按照登錄驗(yàn)證規(guī)則，可以將單點(diǎn)登錄服務(wù)器分解成如下功能：用戶身份認(rèn)證規(guī)則、RIC生成規(guī)則、Ticket生成規(guī)則、DVP生成規(guī)則、mticket生成規(guī)則、DVP與RIC映射規(guī)則以及有效標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、Ticket定期校驗(yàn)、系統(tǒng)登出。

1.4單點(diǎn)登錄客戶端

單點(diǎn)登錄客戶端嵌入門戶管理子系統(tǒng)和Web應(yīng)用中，用于請求重定向、請求轉(zhuǎn)發(fā)以及根據(jù)處理請求中攜帶cookie、mticket或者ticket、DVP信息，從而確定系統(tǒng)是否處于登錄狀態(tài)。

1.5 web應(yīng)用

web應(yīng)用即目標(biāo)應(yīng)用，授權(quán)用戶能夠訪問目標(biāo)應(yīng)用并進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)操作，比如:數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)錄入等一系列功能。

圖 1 總體架構(gòu)

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

本方案中包括三個(gè)主要服務(wù)：單點(diǎn)登錄客戶端服務(wù)、單點(diǎn)登錄服務(wù)器服務(wù)和認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫服務(wù)，單點(diǎn)登錄客戶端和單點(diǎn)登錄服務(wù)器相互協(xié)作，共同完成跨域單點(diǎn)登錄。單點(diǎn)登錄客戶端的功能包括：（1）根據(jù)用戶請求所攜帶的參數(shù)判斷當(dāng)前用戶所處狀態(tài)（登錄、未登錄）；（2）根據(jù)用戶狀態(tài)將用戶請求轉(zhuǎn)發(fā)。單點(diǎn)登錄服務(wù)器的功能包括：（1）接收由單點(diǎn)登錄客戶端所轉(zhuǎn)發(fā)的用戶驗(yàn)證請求；（2）驗(yàn)證用戶信息的有效性；（3）根據(jù)規(guī)則生成相應(yīng)的用戶標(biāo)識(shí)信息，并將標(biāo)識(shí)信息保存至認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫；（4）用戶認(rèn)證后的重定向問題。認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫服務(wù)：用于存儲(chǔ)門戶管理子系統(tǒng)所涉及到的相關(guān)資源信息（Web應(yīng)用訪問地址、用戶信息、系統(tǒng)日志）的存儲(chǔ)和單點(diǎn)登錄服務(wù)器生成的標(biāo)識(shí)信息（Ticket、mticket、RIC、DVP）。下面對三種服務(wù)的詳細(xì)介紹：

2.1單點(diǎn)登錄客戶端

單點(diǎn)登錄客戶端作為單點(diǎn)登錄核心服務(wù)之一，其所包含的核心規(guī)則如圖2所示。單點(diǎn)登錄服務(wù)器中的各種規(guī)則敘述如下：

（1）檢測請求是否包含mticket和DVP參數(shù)：用于單點(diǎn)登錄客戶端所攔截的請求中是否具有著兩個(gè)參數(shù)信息，從而判斷系統(tǒng)是否處于登錄狀態(tài)；

（2）檢測cookie中是否包含mticket以及SessionId參數(shù)：用于單點(diǎn)登錄客戶端所攔截的請求中是否具有著兩個(gè)參數(shù)信息，從而判斷系統(tǒng)是否處于登錄狀態(tài)；

（3）判斷用戶登錄狀態(tài)有效性：用于判斷認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫中是否存在ticket相關(guān)信息，通過DVP尋找出RIC信息，并通過RIC對mticket進(jìn)行解密以獲取明文ticket；

（4）保存用戶信息到session：并將sessionId和mticket存入cookie中，用于保持用戶的登錄狀態(tài)；

（5）更新DVP：更新認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫中與mticket對應(yīng)的DVP；

（6）檢測請求是否攜帶Web應(yīng)用連接（sublink）作為參數(shù)：用于判斷用戶是否請求Web應(yīng)用；

（7）地址重定向：根據(jù)單點(diǎn)登錄客戶端的判斷，做出相應(yīng)的重定向動(dòng)作，重定向到單點(diǎn)服務(wù)器或者重定向到Web應(yīng)用。

圖2 單點(diǎn)登錄客戶端

2.2單點(diǎn)登錄服務(wù)器

單點(diǎn)登錄服務(wù)器作為單點(diǎn)登錄核心服務(wù)之一，其所包含的核心規(guī)則如圖3所用。單點(diǎn)登錄服務(wù)器中的各種規(guī)則敘述如下：

（1）用戶認(rèn)證模塊：用于驗(yàn)證用戶名和密碼是否有效，如果無效，則地址重定向模塊將單點(diǎn)登錄客戶端所轉(zhuǎn)發(fā)的請求重定向到門戶管理子系統(tǒng)。

（2）Ticket生成規(guī)則：是一種ticket生成方法；Ticket其特性是保持其在認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫中的唯一性；Ticket生成函數(shù)為:Ft=Fc+FR+Fts +Fstep，其中Fc根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常量值，F(xiàn)R為數(shù)字字母隨機(jī)組合，F(xiàn)ts為當(dāng)前時(shí)間戳，F(xiàn)step為同一時(shí)間票據(jù)產(chǎn)生的個(gè)數(shù)值的順序值。

（3）RIC生成模塊:隨機(jī)化驗(yàn)證碼，用于將ticket信息進(jìn)行加密，RIC用于后臺(tái)運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，所以使用自定義Fric函數(shù)生成字符串復(fù)雜的隨機(jī)驗(yàn)證碼，但是不一定要求RIC唯一。

（4）mticket生成模塊:使用Fmt=E(Ft,Fric)生成加密mticket，其中E(Ft,Fric)為加密函數(shù)，文獻(xiàn)[11]可以把一個(gè)隨機(jī)數(shù)直接視為受高級密鑰加密過的密鑰。

（5）DVP生成規(guī)則:一次性驗(yàn)證碼在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，用于在后臺(tái)尋找RIC，然后通過RIC對mticket進(jìn)行解密，并對比數(shù)據(jù)庫中的ticket票據(jù)，從而確定系統(tǒng)是否處于登錄狀態(tài),所以使用自定義Fdvp函數(shù)生成無規(guī)律可循的雜亂的字符串。

（6）票據(jù)信息保存：用于將標(biāo)識(shí)用戶登錄系統(tǒng)狀態(tài)的信息保存到數(shù)據(jù)庫中。

（7）地址重定向：用于將用戶請求驗(yàn)證通過后，生成的mticket、DVP作為訪問請求鏈接的URL參數(shù)，請求門戶管理子系統(tǒng)。

圖3 單點(diǎn)登錄客戶端

2.3訪問票據(jù)表結(jié)構(gòu)

訪問票據(jù)表結(jié)構(gòu)用于存儲(chǔ)經(jīng)過單點(diǎn)登錄服務(wù)器認(rèn)證的有效用戶信息后系統(tǒng)產(chǎn)生的與用戶相關(guān)的Ticket、mticke、RIC、DVP等信息。系統(tǒng)通過判斷Ticket是否存在而判斷用戶的登錄狀態(tài)。此外，系統(tǒng)通過判斷數(shù)據(jù)的時(shí)間戳信息，用于確保用戶登錄是否處于超期。訪問票據(jù)表結(jié)構(gòu)屬于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中必不可少的，其表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 訪問票據(jù)表結(jié)構(gòu)

3 認(rèn)證流程與系統(tǒng)登出

本方案提出的單點(diǎn)登錄的認(rèn)證方案，首先需要部署單點(diǎn)登錄服務(wù)器、門戶管理子系統(tǒng)（單點(diǎn)登錄客戶端嵌入其中）和認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫；根據(jù)總體方案搭建系統(tǒng)后，登錄門戶管理子系統(tǒng)配置用戶信息以及用戶授權(quán)信息即可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄。系統(tǒng)對于未登錄用戶(A_unlogin)訪問業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)主要涉及三個(gè)方面的交互：（1）用戶與單點(diǎn)登錄客戶端之間的交互；（2）單點(diǎn)登錄客戶端與單點(diǎn)登錄服務(wù)器之間的交互;（3）單點(diǎn)登錄客戶端、單點(diǎn)登錄服務(wù)器與認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫之間的交互。

3.1系統(tǒng)登錄

以A_unlogin用戶訪問門戶管理子系統(tǒng)所管理的應(yīng)用為例；用戶請求登錄時(shí)序圖如圖4所示，下面結(jié)合圖4描述用戶登錄時(shí)序圖：

（1）用戶訪問統(tǒng)一門戶管理子系統(tǒng)，單點(diǎn)登錄客戶端檢查訪問連接中用戶是否攜帶mticket、DVP參數(shù)。如果沒有攜帶mticket、DVP參數(shù)，則直接返回到統(tǒng)一門戶管理系統(tǒng)的用戶登錄界面。

（2）在門戶管理子系統(tǒng)登錄界面輸入用戶名和密碼，門戶管理界面攜帶用戶名和密碼請求單點(diǎn)登錄服務(wù)器。

（3）單點(diǎn)登錄服務(wù)器將密碼加密，然后與認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫中的身份信息進(jìn)行對比。

（4）如果身份驗(yàn)證不通過，則單點(diǎn)登錄服務(wù)器將請求重定向到門戶管理子系統(tǒng)。

（5）如果身份認(rèn)證通過，單點(diǎn)登錄服務(wù)器通過隨機(jī)化算法生成隨機(jī)驗(yàn)證碼（RIC）、通過ticket生成策勵(lì)生成一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)的明文ticket、根據(jù)一次性票據(jù)生成規(guī)則生成無規(guī)律可尋的DVP字符串，然后將ticket與RIC通過對稱加密算法進(jìn)行加密，生成加密mticket。

（6）單點(diǎn)登錄服務(wù)器將ticket、mticket、RIC、DVP、ticket生成時(shí)間等信息存入認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫中。

（7）單點(diǎn)登錄服務(wù)器將產(chǎn)生的mticket、DVP數(shù)據(jù)作為門戶管理子系統(tǒng)URL的參數(shù)，請求統(tǒng)一門戶管理子系統(tǒng)。

（8）單點(diǎn)登錄客戶端檢查mticket和DVP，單點(diǎn)登錄客戶端查詢認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫，通過DVP尋找出RIC信息，并通過RIC對mticket進(jìn)行解密以獲取明文ticket然后再通過明文ticket查找出用戶信息。最后將用戶信息保存在Session同時(shí)更新DVP的值和數(shù)據(jù)庫中ticket的生成時(shí)間，并將sessionId和mticket信息存入本域cookie；一切正常運(yùn)行后，用戶即可進(jìn)入門戶管理子系統(tǒng)的首頁。

（9）通過門戶管理子系統(tǒng)訪問應(yīng)用A，門戶管理子系統(tǒng)攜帶應(yīng)用A的url（sublink）、mticket和門戶管理子系統(tǒng)本域名的cookie信息請求門戶管理子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（10）單點(diǎn)登錄客戶端通過cookie中的SessionId尋找存在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的web容器中存在session對象，如果mticket和session對象同時(shí)存在，單點(diǎn)登錄客戶端將查詢權(quán)限認(rèn)證數(shù)據(jù)庫檢測mticket是否有效。

（11）如果檢測不到mticket數(shù)據(jù)，則說明當(dāng)前用戶登錄已經(jīng)失效，單點(diǎn)登錄客戶端將請求重新定位到門戶子系統(tǒng)登錄界面。

（12）如果檢測到mticket數(shù)據(jù)，則說明用戶處于登錄狀態(tài)；單點(diǎn)登錄通過mticket查詢認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫以獲取最新的DVP，并更新DVP信息；然后再將mticket和DVP作為應(yīng)用系統(tǒng)A的參數(shù)請求業(yè)務(wù)系統(tǒng)A。業(yè)務(wù)系統(tǒng)A中的單點(diǎn)登錄客戶端執(zhí)行（7）、（8）兩個(gè)操作步驟后，即可正常登錄A系統(tǒng)。

本方案中用戶的登錄認(rèn)證過程是以加密票據(jù)、隨機(jī)數(shù)和本域cookie組合協(xié)作作用，完成用戶的權(quán)限認(rèn)證。

圖4 登錄認(rèn)證流程

3.2系統(tǒng)登出和系統(tǒng)超時(shí)

用戶單點(diǎn)登出相對而言很簡單，但是單點(diǎn)登錄過程中必不可少的。單點(diǎn)登出通過攜帶加密票據(jù)(mticket)和一次性驗(yàn)證票據(jù)(DVP)請求單點(diǎn)登錄服務(wù)器，服務(wù)器通過DVP查詢出隨機(jī)驗(yàn)證碼，再對mticket進(jìn)行解密生成明文ticket，然后根據(jù)明文ticket對認(rèn)證授權(quán)數(shù)據(jù)庫中的ticket數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。最后系統(tǒng)重定向到統(tǒng)一用戶管理子系統(tǒng)界面。對于系統(tǒng)超時(shí)而導(dǎo)致單點(diǎn)登出的問題，相比較通過手動(dòng)點(diǎn)擊單點(diǎn)登出更為簡單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只需要在單點(diǎn)登錄服務(wù)器中啟動(dòng)一個(gè)后臺(tái)線程循環(huán)，檢查當(dāng)前時(shí)間與數(shù)據(jù)庫中的ticket時(shí)間差是否超過了系統(tǒng)超時(shí)的預(yù)定值，如果超過了預(yù)定值，直接刪除中央認(rèn)證系統(tǒng)中的ticket，并將系統(tǒng)重定向到門戶管理子系統(tǒng)的登錄界面。

4 系統(tǒng)安全性能

4.1會(huì)話Cookie

本方案中會(huì)話cookie不會(huì)保存用戶的任何敏感信息，cookie在網(wǎng)絡(luò)上傳輸僅僅攜帶瀏覽器與服務(wù)器之間通信的SessionId，會(huì)話cookie中的SessionId可以尋找服務(wù)器端的Session對象，用于判斷session是否已經(jīng)存在。本方案中存在于內(nèi)存中會(huì)話cookie被設(shè)置成httpOnly的模式并且會(huì)話cookie當(dāng)瀏覽器關(guān)閉的時(shí)候立即失效，所以可以防止cookie被從客戶端獲取和修改。

4.2加密票據(jù)（mticket）、一次性驗(yàn)證票據(jù)（DVP）

用戶請求被重定向到單點(diǎn)登錄服務(wù)器后，單點(diǎn)登錄服務(wù)器隨機(jī)生成驗(yàn)證碼、票據(jù)、加密票據(jù)和一次性驗(yàn)證票據(jù)，并且這些信息與用戶名相關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)通過mticket和DVP登錄系統(tǒng)，并且每次登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)將更新上一次用于解密mticket的DVP索引失效，并生成新的DVP。DVP生命周期短暫，可以有效的防止mticket和DVP被重復(fù)利用。

5 結(jié)束語

本文分析了目前企業(yè)面臨系統(tǒng)升級的系統(tǒng)登錄問題，提出了一種由加密mticket、DVP和會(huì)話cookie實(shí)現(xiàn)一套單點(diǎn)登錄設(shè)計(jì)方案。此方案保證了用戶登錄過程中系統(tǒng)敏感信息不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上傳播。同時(shí)在用戶認(rèn)證通過后，系統(tǒng)能夠通過加密ticket和會(huì)話cookie直接確認(rèn)系統(tǒng)是否處于登錄狀態(tài)，進(jìn)一步減輕了服務(wù)器的認(rèn)證壓力。此外，用戶信息集中式單點(diǎn)登錄方案，使得企業(yè)所有系統(tǒng)共用一套權(quán)限認(rèn)證機(jī)制，能夠更好的應(yīng)用于企業(yè)級系統(tǒng)升級和新系統(tǒng)的開發(fā)。同時(shí)，減輕了系統(tǒng)用戶記住大量的用戶名和密碼以及管理員管理用戶的負(fù)擔(dān)，從而提高了用戶訪問所有可信系統(tǒng)的便捷性。

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