CAS實現SSO單點登陸原理

1.      CAS 簡介

簡單的 SSO 的體系中，會有下面三種角色：

       1 ， User （多個）

       2 ， Web 應用（多個）

       3 ， SSO 認證中心（ 1 個）

       雖然 SSO 實現模式千奇百怪，但萬變不離其宗：

1　　Web 應用不處理 User 的登陸，不然就是多點登錄了，全部的登陸都在 SSO 認證中心進行。

2　　SSO 認證中心經過一些方法來告訴 Web 應用當前訪問用戶到底是不是張三 / 李四。

3　　SSO 認證中心和全部的 Web 應用創建一種信任關係， SSO 認證中心對用戶身份正確性的判斷會經過某種方法告之 Web 應用，並且判斷結果必須被 Web 應用信任。

1.1.  What is CAS ？

CAS （ Central Authentication Service ） 是 Yale 大學發起的一個企業級的、開源的項目，旨在爲 Web 應用系統提供一種可靠的單點登陸解決方法（屬於 Web SSO ）。

CAS 開始於 2001 年， 並在 2004 年 12 月正式成爲 JA-SIG 的一個項目。

1.2.  主要特性

一、   開源的、多協議的 SSO 解決方案； Protocols ： Custom Protocol 、 CAS 、 OAuth 、 OpenID 、 RESTful API 、 SAML1.1 、 SAML2.0 等。

二、   支持多種認證機制： Active Directory 、 JAAS 、 JDBC 、 LDAP 、 X.509 Certificates 等；

三、   安全策略：使用票據（ Ticket ）來實現支持的認證協議；

四、   支持受權：能夠決定哪些服務能夠請求和驗證服務票據（ Service Ticket ）；

五、   提 供高可用性：經過把認證過的狀態數據存儲在 TicketRegistry 組件中，這些組件有不少支持分佈式環境的實現， 如： BerkleyDB 、 Default 、 EhcacheTicketRegistry 、 JDBCTicketRegistry 、 JBOSS TreeCache 、 JpaTicketRegistry 、 MemcacheTicketRegistry 等；

六、   支持多種客戶端： Java 、 .Net 、 PHP 、 Perl 、 Apache, uPortal 等。

 

2.      SSO 簡介

本文內容主要針對 Web SSO 。

2.1.  什麼是SSO

單點登陸（ Single Sign-On , 簡稱 SSO ）是目前比較流行的服務於企業業務整合的解決方案之一， SSO 使得在多個應用系統中，用戶只須要 登陸一次 就能夠訪問全部相互信任的應用系統。

2.2.  SSO 原理

2.2.1.      SSO 體系中的角色

通常 SSO 體系主要角色有三種：

一、 User （多個）

二、 Web 應用（多個）

三、 SSO 認證中心（ 1 個 ）

2.2.2.      SSO 實現模式的原則

SSO 實現模式通常包括如下三個原則：

一、   全部的認證登陸都在 SSO 認證中心進行；

二、   SSO 認證中心經過一些方法來告訴 Web 應用當前訪問用戶到底是不是已經過認證的用戶；

三、   SSO 認證中心和全部的 Web 應用創建一種信任關係，也就是說 web 應用必須信任認證中心。（單點信任）

2.2.3.      SSO 主要實現方式

SSO 的主要實現方式有：

一、   共享 cookies

基 於共享同域的 cookie 是 Web 剛開始階段時使用的一種方式，它利用瀏覽同域名之間自動傳遞 cookies 機制，實現兩個域名之間系統令牌 傳遞問題；另外，關於跨域問題，雖然 cookies自己不跨域，但能夠利用它實現跨域的 SSO 。如：代理、暴露 SSO 令牌值等。

缺點：不靈活並且有很多安全隱患，已經被拋棄。

二、   Broker-based( 基於經紀人 )

這 種技術的特色就是，有一個集中的認證和用戶賬號管理的服務器。經紀人給被用於進一步請求的電子身份存取。中央數據庫的使用減小了管理的代價，併爲認證提供 一個公共和獨立的 "第三方 " 。例如 Kerberos 、 Sesame 、 IBM KryptoKnight （憑證庫思想 ) 等。 Kerberos是由麻省理工大學發明的安全認證服務，已經被 UNIX 和 Windows 做爲 默認的安全認證服務集成進操做系統。

三、   Agent-based （基於代理人）

在 這種解決方案中，有一個自動地爲不一樣的應用程序認證用戶身份的代理程序。這個代理程序須要設計有不一樣的功能。好比，它可使用口令表或加密密鑰來自動地將 認證的負擔從用戶移開。代理人被放在服務器上面，在服務器的認證系統和客戶端認證方法之間充當一個 " 翻譯 "。例如 SSH 等。

四、   Token-based

例如 SecureID,WebID ，如今被普遍使用的口令認證，好比 FTP 、郵件服務器的登陸認證，這是一種簡單易用的方式，實現一個口令在多種應用當中使用。

五、   基於網關

六、   基於 SAML

SAML(Security Assertion Markup Language ，安全斷言標記語言）的出現大大簡化了 SSO ，並被 OASIS 批准爲 SSO 的執行標準 。開源組織 OpenSAML 實現了 SAML 規範。

 

3.      CAS 的基本原理

3.1.  結構體系

從結構體系看， CAS 包括兩部分： CAS Server 和 CAS Client 。

3.1.1.      CAS Server

CAS Server 負責完成對用戶的認證工做 , 須要獨立部署 , CAS Server 會處理用戶名 / 密碼等憑證(Credentials) 。

3.1.2.      CAS Client

負責處理對客戶端受保護資源的訪問請求，須要對請求方進行身份認證時，重定向到 CAS Server 進行認證。（原則上，客戶端應用再也不接受任何的用戶名密碼等 Credentials ）。

CAS Client 與受保護的客戶端應用部署在一塊兒，以 Filter 方式保護受保護的資源。

3.2.  CAS 原理和協議

3.2.1.      基礎模式

基礎模式 SSO 訪問流程主要有如下步驟：

1. 訪問服務： SSO 客戶端發送請求訪問應用系統提供的服務資源。

2. 定向認證： SSO 客戶端會重定向用戶請求到 SSO 服務器。

3. 用戶認證：用戶身份認證。

4. 發放票據： SSO 服務器會產生一個隨機的 Service Ticket 。

5. 驗證票據： SSO 服務器驗證票據 Service Ticket 的合法性，驗證經過後，容許客戶端訪問服務。

6. 傳輸用戶信息： SSO 服務器驗證票據經過後，傳輸用戶認證結果信息給客戶端。

下面是 CAS 最基本的協議過程：

 

基礎協議圖

 

如 上圖： CAS Client 與受保護的客戶端應用部署在一塊兒，以 Filter 方式保護 Web 應用的受保護資源，過濾從客戶端過來的每個 Web 請求，同 時， CAS Client 會分析 HTTP 請求中是否包含請求 Service Ticket( ST 上圖中的 Ticket) ，若是沒有，則說明該用戶是沒有通過認證的；因而 CAS Client 會重定向用戶請求到 CAS Server （ Step 2 ），並傳遞 Service （要訪問的目的資源地址）。 Step 3 是用戶認證過程，若是用戶提供了正確的 Credentials ， CAS Server 隨機產生一個至關長度、惟1、不可僞造的 Service Ticket ，並緩存以待未來驗證，而且重定向用戶到 Service 所在地址（附帶剛纔產生的 Service Ticket ） , 併爲客戶端瀏覽器設置一個 Ticket Granted Cookie （ TGC ） ； CAS Client 在拿到 Service 和新產生的 Ticket 事後，在 Step 5 和 Step6 中與 CAS Server 進行身份覈實，以確保 Service Ticket 的合法性。

在該協議中，全部與 CAS Server 的交互均採用 SSL 協議，以確保 ST 和 TGC 的安全性。協議工做過程當中會有 2 次重定向 的過程。可是 CAS Client 與 CAS Server 之間進行 Ticket 驗證的過程對於用戶是透明的（使用 HttpsURLConnection ）。

    CAS 請求認證時序圖以下：

 

  

3.2.1.      CAS 如何實現 SSO

當用戶訪問另外一個應用的服務再次被重定向到 CAS Server 的時候， CAS Server 會主動獲到這個 TGC cookie ，而後作下面的事情：

1) 若是 User 持有 TGC 且其還沒失效，那麼就走基礎協議圖的 Step4 ，達到了 SSO 的效果；

2) 若是 TGC 失效，那麼用戶仍是要從新認證 ( 走基礎協議圖的 Step3) 。

 

3.2.2.      CAS 代理模式

該模式形式爲用戶訪問 App1 ， App1 又依賴於 App2 來獲取一些信息，如： User -->App1 -->App2。

這 種狀況下，假設 App2 也是須要對 User 進行身份驗證才能訪問，那麼，爲了避免影響用戶體驗（過多的重定向致使 User 的 IE 窗口不停地 閃動 ) ， CAS 引入了一種 Proxy 認證機制，即 CAS Client 能夠代理用戶去訪問其它 Web 應用。

代 理的前提是須要 CAS Client 擁有用戶的身份信息 ( 相似憑據 ) 。以前咱們提到的 TGC 是用戶持有對本身身份信息的一種憑據，這裏的 PGT 就是 CAS Client 端持有的對用戶身份信息的一種憑據。憑藉TGC ， User 能夠免去輸入密碼以獲取訪問其它服務的 Service Ticket ，因此，這裏憑藉 PGT ， Web應用能夠代理用戶去實現後端的認證，而 無需前端用戶的參與 。

下面爲代理應用（ helloService ）獲取 PGT 的過程： （注： PGTURL 用於表示一個 Proxy 服務，是一個回調連接； PGT 至關於代理證； PGTIOU 爲取代理證的鑰匙，用來與 PGT 作關聯關係；）

 

  

如上面的 CAS Proxy 圖所示， CAS Client 在基礎協議之上，在驗證 ST 時提供了一個額外的PGT URL( 並且是 SSL 的入口 ) 給 CAS Server ，使得 CAS Server 能夠經過 PGT URL 提供一個 PGT 給 CAS Client 。

CAS Client 拿到了 PGT(PGTIOU-85 … ..ti2td) ，就能夠經過 PGT 向後端 Web 應用進行認證。

下面是代理認證和提供服務的過程：

 

如 上圖所示， Proxy 認證與普通的認證其實差異不大， Step1 ， 2 與基礎模式的 Step1,2 幾乎同樣，惟一不一樣的 是， Proxy 模式用的是 PGT 而不是 TGC ，是 Proxy Ticket （ PT ）而不是 Service Ticket 。

 

3.2.3.      輔助說明

CAS 的 SSO 實現方式可簡化理解爲： 1 個 Cookie 和 N 個 Session 。 CAS Server 建立 cookie，在全部應用認證時使用，各應用經過建立各自的 Session 來標識用戶是否已登陸。

用 戶在一個應用驗證經過後，之後用戶在同一瀏覽器裏訪問此應用時，客戶端應用中的過濾器會在 session 裏讀取到用戶信息，因此就不會去 CAS Server 認證。若是在此瀏覽器裏訪問別的 web 應用時，客戶端應用中的過濾器在 session 裏讀取不到用戶信息，就會去 CAS Server 的 login 接口認證，但這時CAS Server 會讀取到瀏覽器傳來的 cookie （ TGC ），因此 CAS Server 不會要求用戶去登陸頁面登陸，只是會根據 service 參數生成一個 Ticket ，而後再和 web 應用作一個驗 證 ticket 的交互而已。

3.3.  術語解釋

CAS 系統中設計了 5 中票據： TGC 、 ST 、 PGT 、 PGTIOU 、 PT 。

Ø     Ticket-granting cookie(TGC) ：存放用戶身份認證憑證的 cookie ，在瀏覽器和 CAS Server 間通信時使用，而且只能基於安全通道傳輸（ Https ），是 CAS Server 用來明確用戶身份的憑證；

Ø   Service ticket(ST) ：服務票據，服務的唯一標識碼 , 由 CAS Server 發出（ Http 傳送），經過客戶端瀏覽器到達業務服務器端；一個特定的服務只能有一個唯一的 ST ；

Ø   Proxy-Granting ticket （ PGT ）：由 CAS Server 頒發給擁有 ST 憑證的服務， PGT 綁定一個用戶的特定服務，使其擁有向 CAS Server 申請，得到 PT 的能力；

Ø   Proxy-Granting Ticket I Owe You （ PGTIOU ） : 做用是將經過憑證校驗時的應答信息由 CAS Server 返回給 CAS Client ，同時，與該 PGTIOU 對應的 PGT 將經過回調連接傳給 Web 應用。 Web 應用負責維護 PGTIOU 與 PGT 之 間映射關係的內容表；

Ø   Proxy Ticket (PT) ：是應用程序代理用戶身份對目標程序進行訪問的憑證；

 

其它說明以下：

Ø   Ticket Granting ticket(TGT) ：票據受權票據，由 KDC 的 AS 發放。即獲取這樣一張票據後，之後申請各類其餘服務票據 (ST) 便沒必要再向 KDC 提交身份認證信息 (Credentials) ；

Ø   Authentication service(AS) --------- 認證用服務，索取 Credentials ，發放 TGT ；

Ø   Ticket-granting service (TGS) --------- 票據受權服務，索取 TGT ，發放 ST ；

Ø   KDC( Key Distribution Center ) ---------- 密鑰發放中心；

4.　　登陸流程

１.  CAS　登陸時處理：

第一步：

　　cas往瀏覽器增長cookie（ＴＧＣ）

　　CAS向瀏覽器送回一個所謂的「內存cookie」。這種cookie並非真的保存在內存中，而只是瀏覽器一關閉，cookie就自動過時。這個cookie稱爲「ticket-granting cookie」，用來代表用戶已經成功地登陸。

　　這個Cookie是一個加密的Cookie，其中保存了用戶登陸的信息。用於之後其它應用客戶端登陸。

第二步：

　　cas同時建立一個ticket重定向到原來的cas客戶端

　　認證成功後，CAS服務器建立一個很長的、隨機生成的字符串，稱爲「Ticket」。隨後，CAS將這個ticket和成功登陸的用戶，以及服務聯繫在一塊兒。這個ticket是一次性使用的一種憑證，它只對登陸成功的用戶及其服務使用一次。使用過之後馬上失效。

２.  Cas 客戶端應用Ａ的處理

第一步：

　　收到ticket後，向cas提交驗證ticket

　　Cas客戶端收到ticket以後，應用程序須要驗證ticket。這是經過將ticket 傳遞給一個校驗URL來實現的。校驗URL也是CAS服務器提供的。CAS經過校驗路徑得到了ticket以後，經過內部的數據庫對其進行判斷。若是判斷是有效性，則返回一個NetID給應用程序。隨後CAS將ticket做廢，而且在客戶端留下一個cookie。（誰來建立cookie？），

第二步：

　　 ticket驗證後建立session之後登陸此應用時，沒有ticket，但ＩＥ能提供session,從session中取得CASReceipt,並驗證若是有效說明已經在此應用認證過，容許訪問此應用，到此爲止，ＣＡＳ會記錄用戶已在應用Ａ已經登陸

３.  用戶登陸到應用Ｂ是如何處理

　　用戶進入應用Ｂ時，首先仍然會重定向到CAS服務器。不過此時CAS服務器再也不要求用戶輸 入用戶名和密碼，而是首先自動尋找Cookie，根據Cookie中保存的信息，進行登陸。而後，CAS一樣給出新的ticket重定向應用Ｂ給cas驗證（流程同應用Ａ驗證方式），若是驗證成功則應用Ｂ建立session記錄CASReceipt信息到session中，之後憑此session登陸應用Ｂ。

　　到此爲止，ＣＡＳ會記錄用戶已在應用A和應用B進行登陸，可是當用戶在應用B退出cas登陸時，要通知應用Ａ進行退出，如何通知應用Ａ呢？

登出

　　CAS server接受請求後，會檢測用戶的TCG Cookie，把對應的session清除，同時會找到全部經過該TGC sso登陸的應用服務器URL提交請求,全部收到請求的應用服務器application會解析這個參數，取得sessionId，根據這個Id取得session後，把session刪除。
這樣就實現單點登出的功能。

5.      CAS 安全性

CAS 的安全性僅僅依賴於 SSL 。使用的是 secure cookie 。

5.1.  TGC/PGT 安全性

對於一個 CAS 用戶來講，最重要是要保護它的 TGC ，若是 TGC 不慎被 CAS Server 之外的實體得到， Hacker 可以找到該 TGC ，而後冒充 CAS 用戶訪問 全部 受權資源。 PGT 的角色跟 TGC 是同樣的。

從基礎模式能夠看出， TGC 是 CAS Server 經過 SSL 方式發送給終端用戶，所以，要截取 TGC 難度很是大，從而確保 CAS 的安全性。

TGT 的存活週期默認爲 120 分鐘。

5.2.  ST/PT 安全性

ST （ Service Ticket ）是經過 Http 傳送的，所以網絡中的其餘人能夠 Sniffer 到其餘人的 Ticket 。 CAS 經過如下幾方面來使 ST 變得更加安全（事實上都是能夠配置的）：

一、   ST 只能使用一次

CAS 協議規定，不管 Service Ticket 驗證是否成功， CAS Server 都會清除服務端緩存中的該Ticket ，從而能夠確保一個 Service Ticket 不被使用兩次。

二、   ST 在一段時間內失效

CAS 規定 ST 只能存活必定的時間，而後 CAS Server 會讓它失效。默認有效時間爲 5 分鐘。

三、   ST 是基於隨機數生成的

ST 必須足夠隨機，若是 ST 生成規則被猜出， Hacker 就等於繞過 CAS 認證，直接訪問 對應的服務。

客戶端消息流程

1.       第一次訪問　　http://localhost:8080/A

　　　　CLIENT：沒票據且SESSION中沒有消息因此跳轉至CAS

　　　　CAS：拿不到TGC故要求用戶登陸

2.       認證成功後回跳

　　　　CAS：經過TGT生成ST發給客戶端，客戶端保存TGC，並重定向到http://localhost:8080/A

　　　　CLIENT：帶有票據因此不跳轉只是後臺發給CAS驗證票據（瀏覽器中沒法看到這一過程）

3.       第一次訪問　　http://localhost:8080/B

　　　　CLIENT：沒票據且SESSION中沒有消息因此跳轉至CAS

　　　　CAS：從客戶端取出TGC，若是TGC有效則給用戶ST並後臺驗證ST，從而SSO。【若是失效重登陸或註銷時，怎麼通知其它系統更新SESSION信息呢？？

　　　　TicketGrantingTicketImpl類grantServiceTicket方法裏this.services.put(id,service);可見CAS端已經記錄了當前登陸的子系統】

4.       再次訪問　　http://localhost:8080/A

　　　　CLIENT：沒票據可是SESSION中有消息故不跳轉也不用發CAS驗證票據，容許用戶訪問