一、单系统登录机制
1、http 无状态协议
web 应用采用 browser/server 架构,http 作为通信协议。http 是无状态协议,浏览器的每一次请求,服务器会独立处理,不与之前或之后的请求产生关联,这个过程用下图说明,三次请求 / 响应对之间没有任何联系。
但这也同时意味着,任何用户都能通过浏览器访问服务器资源,如果想保护服务器的某些资源,必须限制浏览器请求;要限制浏览器请求,必须鉴别浏览器请求,响应合法请求,忽略非法请求;要鉴别浏览器请求,必须清楚浏览器请求状态。既然 http 协议无状态,那就让服务器和浏览器共同维护一个状态吧!这就是会话机制。
2、会话机制
浏览器第一次请求服务器,服务器创建一个会话,并将会话的 id 作为响应的一部分发送给浏览器,浏览器存储会话 id,并在后续第二次和第三次请求中带上会话 id,服务器取得请求中的会话 id 就知道是不是同一个用户了,这个过程用下图说明,后续请求与第一次请求产生了关联
服务器在内存中保存会话对象,浏览器怎么保存会话 id 呢?你可能会想到两种方式:
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请求参数
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cookie
将会话 id 作为每一个请求的参数,服务器接收请求自然能解析参数获得会话 id,并借此判断是否来自同一会话,很明显,这种方式不靠谱。那就浏览器自己来维护这个会话 id 吧,每次发送 http 请求时浏览器自动发送会话 id,cookie 机制正好用来做这件事。cookie 是浏览器用来存储少量数据的一种机制,数据以”key/value“形式存储,浏览器发送 http 请求时自动附带 cookie 信息。
tomcat 会话机制当然也实现了 cookie,访问 tomcat 服务器时,浏览器中可以看到一个名为 “JSESSIONID” 的 cookie,这就是 tomcat 会话机制维护的会话 id,使用了 cookie 的请求响应过程如下图:
![](/qrcode.jpg)
3、登录状态
有了会话机制,登录状态就好明白了,我们假设浏览器第一次请求服务器需要输入用户名与密码验证身份,服务器拿到用户名密码去数据库比对,正确的话说明当前持有这个会话的用户是合法用户,应该将这个会话标记为 “已授权” 或者 “已登录” 等等之类的状态,既然是会话的状态,自然要保存在会话对象中,tomcat 在会话对象中设置登录状态如下:
HttpSession session = request.getSession(); session.setAttribute("isLogin", true);
用户再次访问时,tomcat 在会话对象中查看登录状态
HttpSession session = request.getSession();
session.getAttribute("isLogin");
实现了登录状态的浏览器请求服务器模型如下图描述
每次请求受保护资源时都会检查会话对象中的登录状态,只有 isLogin=true 的会话才能访问,登录机制因此而实现。
二、多系统的复杂性
web 系统早已从久远的单系统发展成为如今由多系统组成的应用群,面对如此众多的系统,用户难道要一个一个登录、然后一个一个注销吗?就像下图描述的这样
web 系统由单系统发展成多系统组成的应用群,复杂性应该由系统内部承担,而不是用户。无论 web 系统内部多么复杂,对用户而言,都是一个统一的整体,也就是说,用户访问 web 系统的整个应用群与访问单个系统一样,登录 / 注销只要一次就够了
虽然单系统的登录解决方案很完美,但对于多系统应用群已经不再适用了,为什么呢?
单系统登录解决方案的核心是 cookie,cookie 携带会话 id 在浏览器与服务器之间维护会话状态。但 cookie 是有限制的,这个限制就是 cookie 的域(通常对应网站的域名),浏览器发送 http 请求时会自动携带与该域匹配的 cookie,而不是所有 cookie
既然这样,为什么不将 web 应用群中所有子系统的域名统一在一个顶级域名下,例如 “*.baidu.com”,然后将它们的 cookie 域设置为 “baidu.com”,这种做法理论上是可以的,甚至早期很多多系统登录就采用这种同域名共享 cookie 的方式。
然而,可行并不代表好,共享 cookie 的方式存在众多局限。首先,应用群域名得统一;其次,应用群各系统使用的技术(至少是 web 服务器)要相同,不然 cookie 的 key 值(tomcat 为 JSESSIONID)不同,无法维持会话,共享 cookie 的方式是无法实现跨语言技术平台登录的,比如 java、php、.net 系统之间;第三,cookie 本身不安全。
因此,我们需要一种全新的登录方式来实现多系统应用群的登录,这就是单点登录
三、单点登录
什么是单点登录?单点登录全称 Single Sign On(以下简称 SSO),是指在多系统应用群中登录一个系统,便可在其他所有系统中得到授权而无需再次登录,包括单点登录与单点注销两部分
1、登录
相比于单系统登录,sso 需要一个独立的认证中心,只有认证中心能接受用户的用户名密码等安全信息,其他系统不提供登录入口,只接受认证中心的间接授权。间接授权通过令牌实现,sso 认证中心验证用户的用户名密码没问题,创建授权令牌,在接下来的跳转过程中,授权令牌作为参数发送给各个子系统,子系统拿到令牌,即得到了授权,可以借此创建局部会话,局部会话登录方式与单系统的登录方式相同。这个过程,也就是单点登录的原理,用下图说明
下面对上图简要描述
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用户访问系统 1 的受保护资源,系统 1 发现用户未登录,跳转至 sso 认证中心,并将自己的地址作为参数
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sso 认证中心发现用户未登录,将用户引导至登录页面
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用户输入用户名密码提交登录申请
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sso 认证中心校验用户信息,创建用户与 sso 认证中心之间的会话,称为全局会话,同时创建授权令牌
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sso 认证中心带着令牌跳转会最初的请求地址(系统 1)
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系统 1 拿到令牌,去 sso 认证中心校验令牌是否有效
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sso 认证中心校验令牌,返回有效,注册系统 1
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系统 1 使用该令牌创建与用户的会话,称为局部会话,返回受保护资源
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用户访问系统 2 的受保护资源
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系统 2 发现用户未登录,跳转至 sso 认证中心,并将自己的地址作为参数
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sso 认证中心发现用户已登录,跳转回系统 2 的地址,并附上令牌
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系统 2 拿到令牌,去 sso 认证中心校验令牌是否有效
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sso 认证中心校验令牌,返回有效,注册系统 2
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系统 2 使用该令牌创建与用户的局部会话,返回受保护资源
用户登录成功之后,会与 sso 认证中心及各个子系统建立会话,用户与 sso 认证中心建立的会话称为全局会话,用户与各个子系统建立的会话称为局部会话,局部会话建立之后,用户访问子系统受保护资源将不再通过 sso 认证中心,全局会话与局部会话有如下约束关系
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局部会话存在,全局会话一定存在
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全局会话存在,局部会话不一定存在
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全局会话销毁,局部会话必须销毁
你可以通过博客园、百度、csdn、淘宝等网站的登录过程加深对单点登录的理解,注意观察登录过程中的跳转 url 与参数
2、注销
单点登录自然也要单点注销,在一个子系统中注销,所有子系统的会话都将被销毁,用下面的图来说明
sso 认证中心一直监听全局会话的状态,一旦全局会话销毁,监听器将通知所有注册系统执行注销操作
下面对上图简要说明
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用户向系统 1 发起注销请求
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系统 1 根据用户与系统 1 建立的会话 id 拿到令牌,向 sso 认证中心发起注销请求
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sso 认证中心校验令牌有效,销毁全局会话,同时取出所有用此令牌注册的系统地址
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sso 认证中心向所有注册系统发起注销请求
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各注册系统接收 sso 认证中心的注销请求,销毁局部会话
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sso 认证中心引导用户至登录页面
四、部署图
单点登录涉及 sso 认证中心与众子系统,子系统与 sso 认证中心需要通信以交换令牌、校验令牌及发起注销请求,因而子系统必须集成 sso 的客户端,sso 认证中心则是 sso 服务端,整个单点登录过程实质是 sso 客户端与服务端通信的过程,用下图描述
sso 认证中心与 sso 客户端通信方式有多种,这里以简单好用的 httpClient 为例,web service、rpc、restful api 都可以
五、实现
只是简要介绍下基于 java 的实现过程,不提供完整源码,明白了原理,我相信你们可以自己实现。sso 采用客户端 / 服务端架构,我们先看 sso-client 与 sso-server 要实现的功能(下面:sso 认证中心 = sso-server)
sso-client
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拦截子系统未登录用户请求,跳转至 sso 认证中心
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接收并存储 sso 认证中心发送的令牌
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与 sso-server 通信,校验令牌的有效性
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建立局部会话
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拦截用户注销请求,向 sso 认证中心发送注销请求
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接收 sso 认证中心发出的注销请求,销毁局部会话
sso-server
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验证用户的登录信息
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创建全局会话
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创建授权令牌
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与 sso-client 通信发送令牌
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校验 sso-client 令牌有效性
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系统注册
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接收 sso-client 注销请求,注销所有会话
接下来,我们按照原理来一步步实现 sso 吧!
1、sso-client 拦截未登录请求
java 拦截请求的方式有 servlet、filter、listener 三种方式,我们采用 filter。在 sso-client 中新建 LoginFilter.java 类并实现 Filter 接口,在 doFilter() 方法中加入对未登录用户的拦截。
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException { HttpServletRequest req = (HttpServletRequest) request; HttpServletResponse res = (HttpServletResponse) response; HttpSession session = req.getSession(); if (session.getAttribute("isLogin")) { chain.doFilter(request, response); return; } //跳转至sso认证中心 res.sendRedirect("sso-server-url-with-system-url"); }
2、sso-server 拦截未登录请求
拦截从 sso-client 跳转至 sso 认证中心的未登录请求,跳转至登录页面,这个过程与 sso-client 完全一样。
3、sso-server 验证用户登录信息
用户在登录页面输入用户名密码,请求登录,sso 认证中心校验用户信息,校验成功,将会话状态标记为 "已登录"
@RequestMapping("/login") public String login(String username, String password, HttpServletRequest req) { this.checkLoginInfo(username, password); req.getSession().setAttribute("isLogin", true); return "success"; }
4、sso-server 创建授权令牌
授权令牌是一串随机字符,以什么样的方式生成都没有关系,只要不重复、不易伪造即可,下面是一个例子
String token = UUID.randomUUID().toString();
5、sso-client 取得令牌并校验
sso 认证中心登录后,跳转回子系统并附上令牌,子系统(sso-client)取得令牌,然后去 sso 认证中心校验,在 LoginFilter.java 的 doFilter() 中添加几行
// 请求附带token参数 String token = req.getParameter("token"); if (token != null) { // 去sso认证中心校验token boolean verifyResult = this.verify("sso-server-verify-url", token); if (!verifyResult) { res.sendRedirect("sso-server-url"); return; } chain.doFilter(request, response); }
verify() 方法使用 httpClient 实现,这里仅简略介绍,httpClient 详细使用方法请参考官方文档
HttpPost httpPost = new HttpPost("sso-server-verify-url-with-token"); HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpPost);
6、sso-server 接收并处理校验令牌请求
用户在 sso 认证中心登录成功后,sso-server 创建授权令牌并存储该令牌,所以,sso-server 对令牌的校验就是去查找这个令牌是否存在以及是否过期,令牌校验成功后 sso-server 将发送校验请求的系统注册到 sso 认证中心(就是存储起来的意思)
令牌与注册系统地址通常存储在 key-value 数据库(如 redis)中,redis 可以为 key 设置有效时间也就是令牌的有效期。redis 运行在内存中,速度非常快,正好 sso-server 不需要持久化任何数据。
令牌与注册系统地址可以用下图描述的结构存储在 redis 中,可能你会问,为什么要存储这些系统的地址?如果不存储,注销的时候就麻烦了,用户向 sso 认证中心提交注销请求,sso 认证中心注销全局会话,但不知道哪些系统用此全局会话建立了自己的局部会话,也不知道要向哪些子系统发送注销请求注销局部会话
7、sso-client 校验令牌成功创建局部会话
令牌校验成功后,sso-client 将当前局部会话标记为 "已登录",修改 LoginFilter.java,添加几行
if (verifyResult) { session.setAttribute("isLogin", true); }
sso-client 还需将当前会话 id 与令牌绑定,表示这个会话的登录状态与令牌相关,此关系可以用 java 的 hashmap 保存,保存的数据用来处理 sso 认证中心发来的注销请求
8、注销过程
用户向子系统发送带有 "logout" 参数的请求(注销请求),sso-client 拦截器拦截该请求,向 sso 认证中心发起注销请求
String logout = req.getParameter("logout"); if (logout != null) { this.ssoServer.logout(token); }
sso 认证中心也用同样的方式识别出 sso-client 的请求是注销请求(带有 "logout" 参数),sso 认证中心注销全局会话
@RequestMapping("/logout") public String logout(HttpServletRequest req) { HttpSession session = req.getSession(); if (session != null) { //触发LogoutListener session.invalidate(); } return "redirect:/"; }
sso 认证中心有一个全局会话的监听器,一旦全局会话注销,将通知所有注册系统注销
public class LogoutListener implements HttpSessionListener { @Override public void sessionCreated(HttpSessionEvent event) { } @Override public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent event) { //通过httpClient向所有注册系统发送注销请求 } }