深入理解Spring Cloud Security OAuth2及JWT

迷南。 2023-06-23 12:54 93阅读 0赞

[原文][Link 1]

### 什么是OAuth2？ ###

OAuth2是一个关于授权的开放标准，核心思路是通过各类认证手段（具体什么手段OAuth2不关心）认证用户身份，并颁发token（令牌），使得第三方应用可以使用该令牌在限定时间、限定范围访问指定资源。主要涉及的RFC规范有RFC6749（整体授权框架）,RFC6750（令牌使用）,RFC6819（威胁模型）这几个，一般我们需要了解的就是RFC6749。获取令牌的方式主要有四种，分别是授权码模式，简单模式，密码模式和客户端模式，如何获取token不在本篇文章的讨论范围，我们这里假定客户端已经通过某种方式获取到了access\_token，想了解具体的oauth2授权步骤可以移步阮一峰老师的[理解OAuth 2.0][OAuth 2.0]，里面有非常详细的说明。  
这里要先明确几个OAuth2中的几个重要概念：

*  resource owner: 拥有被访问资源的用户
 *  user-agent: 一般来说就是浏览器
 *  client: 第三方应用
 *  Authorization server：认证服务器，用来进行用户认证并颁发token
 *  Resource server：资源服务器，拥有被访问资源的服务器，需要通过token来确定是否有权限访问

### 什么是Spring Security？ ###

Spring Security是一套安全框架，可以基于RBAC（基于角色的权限控制）对用户的访问权限进行控制，核心思想是通过一系列的filter chain来进行拦截过滤，以下是ss中默认的内置过滤器列表，当然你也可以通过custom-filter来自定义扩展filter chain列表  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
这里面最核心的就是**FILTER\_SECURITY\_INTERCEPTOR**，通过**FilterInvocationSecurityMetadataSource**来进行资源权限的匹配，**AccessDecisionManager**来执行访问策略。

### 认证与授权（Authentication and Authorization） ###

一般意义来说的应用访问安全性，都是围绕认证（Authentication）和授权（Authorization）这两个核心概念来展开的。即首先需要确定用户身份，在确定这个用户是否有访问指定资源的权限。认证这块的解决方案很多，主流的有CAS、SAML2、OAUTH2等（不巧这几个都用过-\_-），我们常说的单点登录方案（SSO）说的就是这块，授权的话主流的就是spring security和shiro。shiro我没用过，据说是比较轻量级，相比较而言spring security确实架构比较复杂。

### Spring Cloud Security Oauth2认证流程 ###

将OAuth2和Spring Security集成，就可以得到一套完整的安全解决方案。

为了便于理解，现在假设有一个名叫“脸盆网”的社交网站，用户在首次登陆时会要求导入用户在facebook的好友列表，以便于快速建立社交关系。具体的授权流程如下：

**1**.用户登陆脸盆网，脸盆网试图访问facebook上的好友列表

**2**.脸盆网发现该资源是facebook的受保护资源，于是返回302将用户重定向至facebook登陆页面

**3**.用户完成认证后，facebook提示用户是否将好友列表资源授权给脸盆网使用（如果本来就是已登陆facebook状态则直接显示是否授权的页面）

**4**.用户确认后，脸盆网通过授权码模式获取了facebook颁发的access\_token

**5**.脸盆网携带该token访问facebook的获取用户接口https://api.facebook.com/user,facebook验证token无误后返回了与该token绑定的用户信息

**6**.脸盆网的spring security安全框架根据返回的用户信息构造出了principal对象并保存在session中

**7**.脸盆网再次携带该token访问好友列表，facebook根据该token对应的用户返回该用户的好友列表信息

**8**.该用户后续在脸盆网发起的访问facebook上的资源，只要在token有效期及权限范围内均可以正常获取（比如想访问一下保存在facebook里的相册）

不难看出，这个假设的场景中，脸盆网就是第三方应用（client），而facebook既充当了认证服务器，又充当了资源服务器。这个流程里面有几个比较重要的关键点，我需要重点说一下，而这也是其他的涉及spring security与OAuth2整合的文章中很少提及的，很容易云里雾里的地方。

细心的同学应该发现了，其实在标准的OAuth2授权过程中，5、6、8这几步都不是必须的，从上面贴的RFC6749规范来看，只要有1、2、3、4、7这几步，就完成了被保护资源访问的整个过程。事实上，RFC6749协议规范本身也并不关心用户身份的部分，它只关心token如何颁发，如何续签，如何用token访问被保护资源（facebook只要保证返回给脸盆网的就是当前用户的好友，至于当前用户是谁脸盆网不需要关心）。那为什么spring security还要做5、6这两步呢？这是因为spring security是一套完整的安全框架，它必须关心用户身份！在实际的使用场景中，OAuth2一般不仅仅用来进行被保护资源的访问，还会被用来做单点登陆（SSO）。在SSO的场景中，用户身份无疑就是核心，而token本身是不携带用户信息的，这样client就没法知道认证服务器发的token到底对应的是哪个用户。设想一下这个场景，脸盆网不想自建用户体系了，想直接用facebook的用户体系，facebook的用户和脸盆网的用户一一对应（其实在很多中小网站现在都是这种模式，可以选择使用微信、QQ、微博等网站的用户直接登陆），这种情况下，脸盆网在通过OAuth2的认证后，就希望拿到用户信息了。所以现在一般主流的OAuth2认证实现，都会预留一个用户信息获取接口，就是上面提到的https://api.facebook.com/user(虽然这不是OAuth2授权流程中必须的)，这样client在拿到token后，就可以携带token通过这个接口获取用户信息，完成SSO的整个过程。另外从用户体验的角度来说，如果获取不到用户信息，则意味者每次要从脸盆网访问facebook的资源，都需要重定向一次进行认证，用户体验也不好。

### OAuth2与SSO ###

首先要明确一点，OAuth2并不是一个SSO框架，但可以实现SSO功能

可以看到accessTokenUri和userAuthorizationUri都是为了完成OAuth2的授权流程所必须的配置，而userInfoUri则是spring security框架为了完成SSO所必须要的。所以总结一下就是：通过将用户信息这个资源设置为被保护资源，可以使用OAuth2技术实现单点登陆（SSO），而Spring Security OAuth2就是这种OAuth2 SSO方案的一个实现。

Spring Security在调用user接口成功后，会构造一个OAuth2Authentication对象，这个对象是我们通常使用的UsernamePasswordAuthenticationToken对象的一个超集，里面封装了一个标准的UsernamePasswordAuthenticationToken，同时在detail中还携带了OAuth2认证中需要用到的一些关键信息（比如tokenValue，tokenType等），这时候就完成了SSO的登陆认证过程。后续用户如果再想访问被保护资源，spring security只需要从principal中取出这个用户的token，再去访问资源服务器就行了，而不需要每次进行用户授权。这里要注意的一点是**此时浏览器与client之间仍然是通过传统的cookie-session机制来保持会话，而非通过token。实际上在SSO的过程中，使用到token访问的只有client与resource server之间获取user信息那一次，token的信息是保存在client的session中的，而不是在用户本地**。这也是之前我没搞清楚的地方，以为浏览器和client之间也是使用token，绕了不少弯路，对于Spring Security来说，不管是用cas、saml2还是Oauth2来实现SSO，最后和用户建立会话保持的方式都是一样的。

### OAuth2 SSO与CAS、SAML2的比较 ###

根据前面所说，大家不难看出，OAuth2的SSO方案和CAS、SAML2这样的纯SSO框架是有本质区别的。在CAS和SAML2中，没有资源服务器的概念，只有认证客户端（需要验证客户信息的应用）和认证服务器（提供认证服务的应用）的概念。在CAS中这叫做cas-client和cas-server，SAML2中这叫做Service Providers和Identity Provider，可以看出CAS、SAML2规范天生就是为SSO设计的，在报文结构上都考虑到了用户信息的问题（SAML2规范甚至还带了权限信息），而OAuth2本身不是专门为SSO设计的，主要是为了解决资源第三方授权访问的问题，所以在用户信息方面，还需要额外提供一个接口。

### Authorization Server与Resource Server分离 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 认证与授权的解耦 ###

从这个流程中我们可以看出，通过OAuth2进行SSO认证，有一个好处是做到了认证与授权的解耦。从日常的使用场景来说，认证比较容易做到统一和抽象，毕竟你就是你，走到哪里都是你，但是你在不同系统里面的角色，却可能千差万别（家里你是父亲，单位里你是员工，父母那里你是子女）。同时角色的设计，又是和资源服务器的设计强相关的。从前面的配置中不难发现，如果希望获得为不同资源服务器设计的角色，你只需要替换https://api.facebook.com/user这个配置就行了，这为我们的权限控制带来了更大的灵活性，而这是传统的比如SAML2这样的SSO框架做不到的。

### JWT介绍 ###

终于来到了著名的JWT部分了，JWT全称为Json Web Token，最近随着微服务架构的流行而越来越火，号称新一代的认证技术。今天我们就来看一下，jwt的本质到底是什么。

我们先来看一下OAuth2的token技术有没有什么痛点，相信从之前的介绍中你也发现了，token技术最大的问题是不携带用户信息，且资源服务器无法进行本地验证，每次对于资源的访问，资源服务器都需要向认证服务器发起请求，一是验证token的有效性，二是获取token对应的用户信息。如果有大量的此类请求，无疑处理效率是很低的，且认证服务器会变成一个中心节点，对于SLA和处理性能等均有很高的要求，这在分布式架构下是很要命的。

JWT就是在这样的背景下诞生的，从本质上来说，jwt就是一种特殊格式的token。普通的oauth2颁发的就是一串随机hash字符串，本身无意义，而jwt格式的token是有特定含义的，分为三部分：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### JWT适用场景与不适用场景 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

[Link 1]: http://www.imooc.com/article/272404#
[OAuth 2.0]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/05/oauth_2_0.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191219093310738.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/2019121909402292.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191219094229495.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20191219094317671.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZlbmdjaGVuMDEyMzQ1Njc4OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70