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编写你自己的单点登录（SSO）服务
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
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。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。
2 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// 中下载。其中 SSOAuth （ http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/ ）是身份认证服务； SSOWebDemo1 （ http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/ ）和 SSOWebDemo2 （ http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/ ）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。
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
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。
6 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/ 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/
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。
作者简介
王昱是 Sun 中国工程研究院的 Java 工程师，现在的主要负责全球合作伙伴的技术支持。作为一名 Java 资深工程师和架构师，王昱在 Java 的很多领域都有多年的造诣，特别是在 Java 虚拟机、 J2EE 技术 ( 包括 EJB, JSP/Servlet, JMS 和 Web services 等技术 ) 、集群技术和 Java 应用性能调优上有着较为丰富的经验。曾经多次在重要的 Java 会议发表演讲，并在国际著名的 Java 技术站 点发表文章。


posted on 2007-02-01 15:06 java_蝈蝈 阅读(189) 评论(0)  编辑  收藏

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