必備技能！單點(diǎn)登錄系統(tǒng)原理與實現(xiàn)！
作者 | 凌承一
一、單系統(tǒng)登錄機(jī)制
1、http無狀態(tài)協(xié)議
web應(yīng)用采用browser/server架構(gòu)，http作為通信協(xié)議。http是無狀態(tài)協(xié)議，瀏覽器的每一次請求，服務(wù)器會獨(dú)立處理，不與之前或之后的請求產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這個過程用下圖說明，三次請求/響應(yīng)對之間沒有任何聯(lián)系
使用 Redis 實現(xiàn)一個輕量級的搜索引擎，牛逼啊 !
但這也同時意味著，任何用戶都能通過瀏覽器訪問服務(wù)器資源，如果想保護(hù)服務(wù)器的某些資源，必須限制瀏覽器請求；要限制瀏覽器請求，必須鑒別瀏覽器請求，響應(yīng)合法請求，忽略非法請求；要鑒別瀏覽器請求，必須清楚瀏覽器請求狀態(tài)。既然http協(xié)議無狀態(tài)，那就讓服務(wù)器和瀏覽器共同維護(hù)一個狀態(tài)吧！這就是會話機(jī)制
2、會話機(jī)制
瀏覽器第一次請求服務(wù)器，服務(wù)器創(chuàng)建一個會話，并將會話的id作為響應(yīng)的一部分發(fā)送給瀏覽器，瀏覽器存儲會話id，并在后續(xù)第二次和第三次請求中帶上會話id，服務(wù)器取得請求中的會話id就知道是不是同一個用戶了，這個過程用下圖說明，后續(xù)請求與第一次請求產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)
服務(wù)器在內(nèi)存中保存會話對象，瀏覽器怎么保存會話id呢？你可能會想到兩種方式
請求參數(shù) cookie
將會話id作為每一個請求的參數(shù)，服務(wù)器接收請求自然能解析參數(shù)獲得會話id，并借此判斷是否來自同一會話，很明顯，這種方式不靠譜。那就瀏覽器自己來維護(hù)這個會話id吧，每次發(fā)送http請求時瀏覽器自動發(fā)送會話id，cookie機(jī)制正好用來做這件事。cookie是瀏覽器用來存儲少量數(shù)據(jù)的一種機(jī)制，數(shù)據(jù)以”key/value“形式存儲，瀏覽器發(fā)送http請求時自動附帶cookie信息
tomcat會話機(jī)制當(dāng)然也實現(xiàn)了cookie，訪問tomcat服務(wù)器時，瀏覽器中可以看到一個名為“JSESSIONID”的cookie，這就是tomcat會話機(jī)制維護(hù)的會話id，使用了cookie的請求響應(yīng)過程如下圖
3、登錄狀態(tài)
有了會話機(jī)制，登錄狀態(tài)就好明白了，我們假設(shè)瀏覽器第一次請求服務(wù)器需要輸入用戶名與密碼驗證身份，服務(wù)器拿到用戶名密碼去數(shù)據(jù)庫比對，正確的話說明當(dāng)前持有這個會話的用戶是合法用戶，應(yīng)該將這個會話標(biāo)記為“已授權(quán)”或者“已登錄”等等之類的狀態(tài)，既然是會話的狀態(tài)，自然要保存在會話對象中，tomcat在會話對象中設(shè)置登錄狀態(tài)如下
HttpSession session = request.getSession();``session.setAttribute(``"isLogin"``, ``true``);
用戶再次訪問時，tomcat在會話對象中查看登錄狀態(tài)
HttpSession session = request.getSession();``session.getAttribute(``"isLogin"``);
實現(xiàn)了登錄狀態(tài)的瀏覽器請求服務(wù)器模型如下圖描述
每次請求受保護(hù)資源時都會檢查會話對象中的登錄狀態(tài)，只有 isLogin=true 的會話才能訪問，登錄機(jī)制因此而實現(xiàn)。
二、多系統(tǒng)的復(fù)雜性
web系統(tǒng)早已從久遠(yuǎn)的單系統(tǒng)發(fā)展成為如今由多系統(tǒng)組成的應(yīng)用群，面對如此眾多的系統(tǒng)，用戶難道要一個一個登錄、然后一個一個注銷嗎？就像下圖描述的這樣
web系統(tǒng)由單系統(tǒng)發(fā)展成多系統(tǒng)組成的應(yīng)用群，復(fù)雜性應(yīng)該由系統(tǒng)內(nèi)部承擔(dān)，而不是用戶。無論web系統(tǒng)內(nèi)部多么復(fù)雜，對用戶而言，都是一個統(tǒng)一的整體，也就是說，用戶訪問web系統(tǒng)的整個應(yīng)用群與訪問單個系統(tǒng)一樣，登錄/注銷只要一次就夠了
雖然單系統(tǒng)的登錄解決方案很完美，但對于多系統(tǒng)應(yīng)用群已經(jīng)不再適用了，為什么呢？
單系統(tǒng)登錄解決方案的核心是cookie，cookie攜帶會話id在瀏覽器與服務(wù)器之間維護(hù)會話狀態(tài)。但cookie是有限制的，這個限制就是cookie的域（通常對應(yīng)網(wǎng)站的域名），瀏覽器發(fā)送http請求時會自動攜帶與該域匹配的cookie，而不是所有cookie
既然這樣，為什么不將web應(yīng)用群中所有子系統(tǒng)的域名統(tǒng)一在一個頂級域名下，例如“*.baidu.com”，然后將它們的cookie域設(shè)置為“baidu.com”，這種做法理論上是可以的，甚至早期很多多系統(tǒng)登錄就采用這種同域名共享cookie的方式。
然而，可行并不代表好，共享cookie的方式存在眾多局限。首先，應(yīng)用群域名得統(tǒng)一；其次，應(yīng)用群各系統(tǒng)使用的技術(shù)（至少是web服務(wù)器）要相同，不然cookie的key值（tomcat為JSESSIONID）不同，無法維持會話，共享cookie的方式是無法實現(xiàn)跨語言技術(shù)平臺登錄的，比如java、php、.net系統(tǒng)之間；第三，cookie本身不安全。
因此，我們需要一種全新的登錄方式來實現(xiàn)多系統(tǒng)應(yīng)用群的登錄，這就是單點(diǎn)登錄
三、單點(diǎn)登錄
什么是單點(diǎn)登錄？單點(diǎn)登錄全稱Single Sign On（以下簡稱SSO），是指在多系統(tǒng)應(yīng)用群中登錄一個系統(tǒng)，便可在其他所有系統(tǒng)中得到授權(quán)而無需再次登錄，包括單點(diǎn)登錄與單點(diǎn)注銷兩部分
1、登錄
相比于單系統(tǒng)登錄，sso需要一個獨(dú)立的認(rèn)證中心，只有認(rèn)證中心能接受用戶的用戶名密碼等安全信息，其他系統(tǒng)不提供登錄入口，只接受認(rèn)證中心的間接授權(quán)。間接授權(quán)通過令牌實現(xiàn)，sso認(rèn)證中心驗證用戶的用戶名密碼沒問題，創(chuàng)建授權(quán)令牌，在接下來的跳轉(zhuǎn)過程中，授權(quán)令牌作為參數(shù)發(fā)送給各個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)拿到令牌，即得到了授權(quán)，可以借此創(chuàng)建局部會話，局部會話登錄方式與單系統(tǒng)的登錄方式相同。這個過程，也就是單點(diǎn)登錄的原理，用下圖說明
下面對上圖簡要描述
用戶訪問系統(tǒng)1的受保護(hù)資源，系統(tǒng)1發(fā)現(xiàn)用戶未登錄，跳轉(zhuǎn)至sso認(rèn)證中心，并將自己的地址作為參數(shù) sso認(rèn)證中心發(fā)現(xiàn)用戶未登錄，將用戶引導(dǎo)至登錄頁面 用戶輸入用戶名密碼提交登錄申請 sso認(rèn)證中心校驗用戶信息，創(chuàng)建用戶與sso認(rèn)證中心之間的會話，稱為全局會話，同時創(chuàng)建授權(quán)令牌 sso認(rèn)證中心帶著令牌跳轉(zhuǎn)會最初的請求地址（系統(tǒng)1） 系統(tǒng)1拿到令牌，去sso認(rèn)證中心校驗令牌是否有效 sso認(rèn)證中心校驗令牌，返回有效，注冊系統(tǒng)1 系統(tǒng)1使用該令牌創(chuàng)建與用戶的會話，稱為局部會話，返回受保護(hù)資源 用戶訪問系統(tǒng)2的受保護(hù)資源 系統(tǒng)2發(fā)現(xiàn)用戶未登錄，跳轉(zhuǎn)至sso認(rèn)證中心，并將自己的地址作為參數(shù) sso認(rèn)證中心發(fā)現(xiàn)用戶已登錄，跳轉(zhuǎn)回系統(tǒng)2的地址，并附上令牌 系統(tǒng)2拿到令牌，去sso認(rèn)證中心校驗令牌是否有效 sso認(rèn)證中心校驗令牌，返回有效，注冊系統(tǒng)2 系統(tǒng)2使用該令牌創(chuàng)建與用戶的局部會話，返回受保護(hù)資源
用戶登錄成功之后，會與sso認(rèn)證中心及各個子系統(tǒng)建立會話，用戶與sso認(rèn)證中心建立的會話稱為全局會話，用戶與各個子系統(tǒng)建立的會話稱為局部會話，局部會話建立之后，用戶訪問子系統(tǒng)受保護(hù)資源將不再通過sso認(rèn)證中心，全局會話與局部會話有如下約束關(guān)系
局部會話存在，全局會話一定存在 全局會話存在，局部會話不一定存在 全局會話銷毀，局部會話必須銷毀
你可以通過博客園、百度、csdn、淘寶等網(wǎng)站的登錄過程加深對單點(diǎn)登錄的理解，注意觀察登錄過程中的跳轉(zhuǎn)url與參數(shù)
2、注銷
單點(diǎn)登錄自然也要單點(diǎn)注銷，在一個子系統(tǒng)中注銷，所有子系統(tǒng)的會話都將被銷毀，用下面的圖來說明
sso認(rèn)證中心一直監(jiān)聽全局會話的狀態(tài)，一旦全局會話銷毀，監(jiān)聽器將通知所有注冊系統(tǒng)執(zhí)行注銷操作
下面對上圖簡要說明
用戶向系統(tǒng)1發(fā)起注銷請求 系統(tǒng)1根據(jù)用戶與系統(tǒng)1建立的會話id拿到令牌，向sso認(rèn)證中心發(fā)起注銷請求 sso認(rèn)證中心校驗令牌有效，銷毀全局會話，同時取出所有用此令牌注冊的系統(tǒng)地址 sso認(rèn)證中心向所有注冊系統(tǒng)發(fā)起注銷請求 各注冊系統(tǒng)接收sso認(rèn)證中心的注銷請求，銷毀局部會話 sso認(rèn)證中心引導(dǎo)用戶至登錄頁面
四、部署圖
單點(diǎn)登錄涉及sso認(rèn)證中心與眾子系統(tǒng)，子系統(tǒng)與sso認(rèn)證中心需要通信以交換令牌、校驗令牌及發(fā)起注銷請求，因而子系統(tǒng)必須集成sso的客戶端，sso認(rèn)證中心則是sso服務(wù)端，整個單點(diǎn)登錄過程實質(zhì)是sso客戶端與服務(wù)端通信的過程，用下圖描述
sso認(rèn)證中心與sso客戶端通信方式有多種，這里以簡單好用的httpClient為例，web service、rpc、restful api都可以
五、實現(xiàn)
只是簡要介紹下基于java的實現(xiàn)過程，不提供完整源碼，明白了原理，我相信你們可以自己實現(xiàn)。sso采用客戶端/服務(wù)端架構(gòu)，我們先看sso-client與sso-server要實現(xiàn)的功能（下面：sso認(rèn)證中心=sso-server）
sso-client
攔截子系統(tǒng)未登錄用戶請求，跳轉(zhuǎn)至sso認(rèn)證中心 接收并存儲sso認(rèn)證中心發(fā)送的令牌 與sso-server通信，校驗令牌的有效性 建立局部會話 攔截用戶注銷請求，向sso認(rèn)證中心發(fā)送注銷請求 接收sso認(rèn)證中心發(fā)出的注銷請求，銷毀局部會話
sso-server
驗證用戶的登錄信息 創(chuàng)建全局會話 創(chuàng)建授權(quán)令牌 與sso-client通信發(fā)送令牌 校驗sso-client令牌有效性 系統(tǒng)注冊 接收sso-client注銷請求，注銷所有會話
接下來，我們按照原理來一步步實現(xiàn)sso吧！
1、sso-client攔截未登錄請求
java攔截請求的方式有servlet、filter、listener三種方式，我們采用filter。在sso-client中新建LoginFilter.java類并實現(xiàn)Filter接口，在doFilter()方法中加入對未登錄用戶的攔截
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;
}
//跳轉(zhuǎn)至sso認(rèn)證中心
res.sendRedirect("sso-server-url-with-system-url");
}
2、sso-server攔截未登錄請求
攔截從sso-client跳轉(zhuǎn)至sso認(rèn)證中心的未登錄請求，跳轉(zhuǎn)至登錄頁面，這個過程與sso-client完全一樣
3、sso-server驗證用戶登錄信息
用戶在登錄頁面輸入用戶名密碼，請求登錄，sso認(rèn)證中心校驗用戶信息，校驗成功，將會話狀態(tài)標(biāo)記為“已登錄”
@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創(chuàng)建授權(quán)令牌
授權(quán)令牌是一串隨機(jī)字符，以什么樣的方式生成都沒有關(guān)系，只要不重復(fù)、不易偽造即可，下面是一個例子
String token = UUID.randomUUID().toString();
5、sso-client取得令牌并校驗
sso認(rèn)證中心登錄后，跳轉(zhuǎn)回子系統(tǒng)并附上令牌，子系統(tǒng)（sso-client）取得令牌，然后去sso認(rèn)證中心校驗，在LoginFilter.java的doFilter()中添加幾行
// 請求附帶token參數(shù)
String token = req.getParameter("token");
if (token != null) {
// 去sso認(rèn)證中心校驗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實現(xiàn)，這里僅簡略介紹，httpClient詳細(xì)使用方法請參考官方文檔
HttpPost httpPost = new HttpPost("sso-server-verify-url-with-token");
HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpPost);
6、sso-server接收并處理校驗令牌請求
用戶在sso認(rèn)證中心登錄成功后，sso-server創(chuàng)建授權(quán)令牌并存儲該令牌，所以，sso-server對令牌的校驗就是去查找這個令牌是否存在以及是否過期，令牌校驗成功后sso-server將發(fā)送校驗請求的系統(tǒng)注冊到sso認(rèn)證中心（就是存儲起來的意思）
令牌與注冊系統(tǒng)地址通常存儲在key-value數(shù)據(jù)庫（如redis）中，redis可以為key設(shè)置有效時間也就是令牌的有效期。redis運(yùn)行在內(nèi)存中，速度非?？?，正好sso-server不需要持久化任何數(shù)據(jù)。
令牌與注冊系統(tǒng)地址可以用下圖描述的結(jié)構(gòu)存儲在redis中，可能你會問，為什么要存儲這些系統(tǒng)的地址？如果不存儲，注銷的時候就麻煩了，用戶向sso認(rèn)證中心提交注銷請求，sso認(rèn)證中心注銷全局會話，但不知道哪些系統(tǒng)用此全局會話建立了自己的局部會話，也不知道要向哪些子系統(tǒng)發(fā)送注銷請求注銷局部會話
7、sso-client校驗令牌成功創(chuàng)建局部會話
令牌校驗成功后，sso-client將當(dāng)前局部會話標(biāo)記為“已登錄”，修改LoginFilter.java，添加幾行
if (verifyResult) {
session.setAttribute("isLogin", true);
}
sso-client還需將當(dāng)前會話id與令牌綁定，表示這個會話的登錄狀態(tài)與令牌相關(guān)，此關(guān)系可以用java的hashmap保存，保存的數(shù)據(jù)用來處理sso認(rèn)證中心發(fā)來的注銷請求
8、注銷過程
用戶向子系統(tǒng)發(fā)送帶有“l(fā)ogout”參數(shù)的請求（注銷請求），sso-client攔截器攔截該請求，向sso認(rèn)證中心發(fā)起注銷請求
String logout = req.getParameter("logout");
if (logout != null) {
this.ssoServer.logout(token);
}
sso認(rèn)證中心也用同樣的方式識別出sso-client的請求是注銷請求（帶有“l(fā)ogout”參數(shù)），sso認(rèn)證中心注銷全局會話
@RequestMapping("/logout")
public String logout(HttpServletRequest req) {
HttpSession session = req.getSession();
if (session != null) {
session.invalidate();//觸發(fā)LogoutListener
}
return "redirect:/";
}
sso認(rèn)證中心有一個全局會話的監(jiān)聽器，一旦全局會話注銷，將通知所有注冊系統(tǒng)注銷
public class LogoutListener implements HttpSessionListener {
@Override
public void sessionCreated(HttpSessionEvent event) {}
@Override
public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent event) {
//通過httpClient向所有注冊系統(tǒng)發(fā)送注銷請求
}
}
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