koa如何实现Oauth2（一）

单点登录和授权 -- SSO & OAUTH2

两者区别：oauth2解决的是服务提供方（如微信等）给第三方应用授权的问题，而SSO解决的是大型系统中各个子系统如何共享登陆状态的问题。

SSO

什么是SSO？

wiki上是这么解释的：SSO(Single Sign-On), is a property of access control of multiple related, but independent software systems. With this property a user logs with a single ID and password to gain access to connected system or systems without using different usernames or passwords, or in some configurations seamlessly sign on at each system. ( 单点登录是一种控制多个相关但彼此独立的系统的访问权限, 拥有这一权限的用户可以使用单一的ID和密码访问某个或多个系统从而避免使用不同的用户名或密码，或者通过某种配置无缝地登录每个系统 ).

为什么需要SSO
解决了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，而不用重复登录。

SSO几种场景
（一）同域 SSO

1. 用户访问产品 a，向 后台服务器发送登录请求。
2. 登录认证成功，服务器把用户的登录信息写入 session。
3. 服务器为该用户生成一个 cookie，并加入到 response header 中，随着请求返回而写入浏览器。该 cookie 的域设定为 dxy.cn。
4. 下一次，当用户访问同域名的产品 b 时，由于 a 和 b 在同一域名下，也是 dxy.cn，浏览器会自动带上之前的 cookie。此时后台服务器就可以通过该 cookie 来验证登录状态了。

（二）同父域 SSO

同父域 SSO 是同域 SSO 的简单升级，唯一的不同在于，服务器在返回 cookie 的时候，要把cookie 的 domain 设置为其父域。
比如两个产品的地址分别为 a.dxy.cn 和 b.dxy.cn，那么 cookie 的域设置为 dxy.cn 即可。在访问 a 和 b 时，这个 cookie 都能发送到服务器，本质上和同域 SSO 没有区别。

（三）跨域SSO

当两个产品不同域时，cookie 无法共享，所以我们必须设置独立的 SSO 服务器了。下面我们就来详细介绍一下CAS：

SSO仅仅是一种架构，一种设计，而 CAS 则是实现 SSO 的一种手段。两者是抽象与具体的关系。当然，除了 CAS 之外，实现 SSO 还有其他手段，比如简单的 cookie。

CAS （Central Authentication Service）中心授权服务，本身是一个开源协议，分为 1.0 版本和 2.0 版本。1.0 称为基础模式，2.0称为代理模式，适用于存在非 Web 应用之间的单点登录。本文只涉及 CAS 1.0。

（1）CAS定义了一组票据

TGT：Ticket Grangting Ticket。TGT 是 CAS 为用户签发的登录票据，拥有了 TGT，用户就可以证明自己在 CAS 成功登录过。TGT 封装了 Cookie 值以及此 Cookie 值对应的用户信息。当 HTTP 请求到来时，CAS 以此 Cookie 值（TGC）为 key 查询缓存中有无 TGT ，如果有的话，则相信用户已登录过。

TGC：Ticket Granting Cookie。CAS Server 生成TGT放入自己的 Session 中，而 TGC 就是这个 Session 的唯一标识（SessionId），以 Cookie 形式放到浏览器端，是 CAS Server 用来明确用户身份的凭证。

ST：Service Ticket。ST 是 CAS 为用户签发的访问某一 service 的票据。用户访问 service 时，service 发现用户没有 ST，则要求用户去 CAS 获取 ST。用户向 CAS 发出获取 ST 的请求，CAS 发现用户有 TGT，则签发一个 ST，返回给用户。用户拿着 ST 去访问 service，service 拿 ST 去 CAS 验证，验证通过后，允许用户访问资源。

（2）CAS 详细步骤

1. 用户访问产品 a，域名是 www.a.cn。

2. 由于用户没有携带在 a 服务器上登录的 a cookie，所以 a 服务器返回 http 重定向，重定向的 url 是 SSO 服务器的地址，同时 url 的 query 中通过参数指明登录成功后，回跳到 a 页面。重定向的url 形如 sso.dxy.cn/login?service=https%3A%2F%2Fwww.a.cn。

3. 由于用户没有携带在 SSO 服务器上登录的 TGC（看上面，票据之一），所以 SSO 服务器判断用户未登录，给用户显示统一登录界面。用户在 SSO 的页面上进行登录操作。

4. 登录成功后，SSO 服务器构建用户在 SSO 登录的 TGT（又一个票据），同时返回一个 http 重定向。这里注意：
4.1 重定向地址为之前写在 query 里的 a 页面。</br>
4.2 重定向地址的 query 中包含 sso 服务器派发的 ST。</br>
4.3 重定向的 http response 中包含写 cookie 的 header。这个 cookie 代表用户在 SSO 中的登录状态，它的值就是 TGC。

5. 浏览器重定向到产品 a。此时重定向的 url 中携带着 SSO 服务器生成的 ST。

6. 根据 ST，a 服务器向 SSO 服务器发送请求，SSO 服务器验证票据的有效性。验证成功后，a 服务器知道用户已经在 sso 登录了，于是 a 服务器构建用户登录 session，记为 a session。并将 cookie 写入浏览器。注意，此处的 cookie 和 session 保存的是用户在 a 服务器的登录状态，和 CAS 无关。

7. 之后用户访问产品 b，域名是 www.b.cn。

8. 由于用户没有携带在 b 服务器上登录的 b cookie，所以 b 服务器返回 http 重定向，重定向的 url 是 SSO 服务器的地址，去询问用户在 SSO 中的登录状态。

9. 浏览器重定向到 SSO。注意，第 4 步中已经向浏览器写入了携带 TGC 的cookie，所以此时 SSO 服务器可以拿到，根据 TGC 去查找 TGT，如果找到，就判断用户已经在 sso 登录过了。

10. SSO 服务器返回一个重定向，重定向携带 ST。注意，这里的 ST 和第4步中的 ST 是不一样的，事实上，每次生成的 ST 都是不一样的。

11. 浏览器带 ST 重定向到 b 服务器，和第 5 步一样。

12. b 服务器根据票据向 SSO 服务器发送请求，票据验证通过后，b 服务器知道用户已经在 sso 登录了，于是生成 b session，向浏览器写入 b cookie

（3）CAS安全性

对于一个CAS用户来说，最重要是要保护它的TGC，如果TGC不慎被CAS Server以外的实体获得，Hacker能够找到该TGC，然后冒充CAS用户访问所有授权资源。从基础模式可以看出，TGC是CAS Server通过SSL方式发送给终端用户，因此，要截取 TGC 难度非常大，从而确保 CAS 的安全性。

 OAUTH
OAuth是一个关于授权（authorization）的开放网络标准，在全世界得到广泛应用，目前的版本是2.0版。

应用场景和认证流程
应用场景: 假如我有一个网站，你是我网站上的访客，看了文章想留言，留言时发现有这个网站的帐号才能够留言，此时给了你两个选择：一个是在我的网站上注册拥有一个新账户，然后用注册的用户名来留言；一个是使用 github 帐号登录，使用你的 github 用户名来留言。前者你觉得过于繁琐，于是惯性地点击了 github 登录按钮，此时 OAuth 认证流程就开始了。

（一） 网站和 Github 之间的协商

Github 会对用户的权限做分类，比如读取仓库信息的权限、写入仓库的权限、读取用户信息的权限、修改用户信息的权限等等。如果我想获取用户的信息，Github 会要求我，先在它的平台上注册一个应用，在申请的时候标明需要获取用户信息的哪些权限，用多少就申请多少，并且在申请的时候填写你的网站域名，Github 只允许在这个域名中获取用户信息。
此时我的网站已经和 Github 之间达成了共识，Github 也给我发了两张门票，一张门票叫做 Client Id，另一张门票叫做 Client Secret。

（二）用户和 Github 之间的协商

用户进入我的网站，点击 github 登录按钮的时候，我的网站会把上面拿到的 Client Id 交给用户，让他进入到 Github 的授权页面，Github 看到了用户手中的门票，就知道这是我的网站让他过来的，于是它就把我的网站想要获取的权限摆出来，并询问用户是否允许我获取这些权限。

// 用户登录 github，协商
GET https://github.com/login/oauth/authorize
// 协商凭证
params = {
client_id: "xxxx",
redirect_uri: "http://my-website.com"
}

 

如果用户觉得我的网站要的权限太多，或者压根就不想我知道他这些信息，选择了拒绝的话，整个 OAuth 2.0 的认证就结束了，认证也以失败告终。如果用户觉得 OK，在授权页面点击了确认授权后，页面会跳转到我预先设定的 `redirect_uri` 并附带一个盖了章的门票 code

// 协商成功后带着盖了章的 code 授权码
Location: http://my-website.com?code=xxx

这个时候，用户和 Github 之间的协商就已经完成，Github 也会在自己的系统中记录这次协商，表示该用户已经允许在我的网站访问上直接操作和使用他的部分资源。

（三）告诉 Github 我的网站要来拜访了

第二步中，我们已经拿到了盖过章的门票 code，但这个 code 只能表明，用户允许我的网站从 github 上获取该用户的数据，如果我直接拿这个 code 去 github 访问数据一定会被拒绝，因为任何人都可以持有 code，github 并不知道 code 持有方就是我本人。

还记得之前申请应用的时候 github 给我的两张门票么，Client Id 在上一步中已经用过了，接下来轮到另一张门票 Client Secret。

// 网站和 github 之间的协商
POST https://github.com/login/oauth/access_token
// 协商凭证包括 github 给用户盖的章和 github 发给我的门票
params = {
code: "xxx",
client_id: "xxx",
client_secret: "xxx",
redirect_uri: "http://my-website.com"
}

 

拿着用户盖过章的 code 和能够标识个人身份的 client_id、client_secret 去拜访 github，拿到最后的绿卡 access_token。

// 拿到最后的绿卡
response = {
access_token: "e72e16c7e42f292c6912e7710c838347ae178b4a"
scope: "user,gist"
token_type: "bearer",
refresh_token: "xxxx"
}

 

（四）用户开始使用 github 帐号在我的页面上留言

// 访问用户数据
GET https://api.github.com/user
?access_token=e72e16c7e42f292c6912e7710c838347ae178b4a

 

上一步 github 已经把最后的绿卡 access_token 给我了，通过 github 提供的 API 加绿卡就能够访问用户的信息了，能获取用户的哪些权限在 response 中也给了明确的说明，scope 为 user 和 gist，也就是只能获取 user 组和 gist 组两个小组的权限，user 组中就包含了用户的名字和邮箱等信息了。

// 告诉我用户的名字和邮箱
response = {
username: "barretlee",
email: "barret.china@gmail.com"
}

 

根据上面的分析， 可以总结OAuth 2.0流程为

（A）用户打开客户端以后，客户端要求用户给予授权。
（B）用户同意给予客户端授权。
（C）客户端使用上一步获得的授权，向认证服务器申请令牌。
（D）认证服务器对客户端进行认证以后，确认无误，同意发放令牌。
（E）客户端使用令牌，向资源服务器申请获取资源。
（F）资源服务器确认令牌无误，同意向客户端开放资源。

客户端的授权模式
客户端必须得到用户的授权（authorization grant），才能获得令牌（access token）。OAuth 2.0定义了四种授权方式。

* 授权码模式（authorization code）
* 简化模式（implicit）
* 密码模式（resource owner password credentials）
* 客户端模式（client credentials）

我们目前系统采用的是是授权码模式，授权码模式（authorization code）是功能最完整、流程最严密的授权模式。它的特点就是通过客户端的后台服务器，与"服务提供商"的认证服务器进行互动。

（A）用户访问客户端，后者将前者导向认证服务器。
（B）用户选择是否给予客户端授权。
（C）假设用户给予授权，认证服务器将用户导向客户端事先指定的"重定向URI"（redirection URI），同时附上一个授权码。
（D）客户端收到授权码，附上早先的"重定向URI"，向认证服务器申请令牌。这一步是在客户端的后台的服务器上完成的，对用户不可见。
（E）认证服务器核对了授权码和重定向URI，确认无误后，向客户端发送访问令牌（access token）和更新令牌（refresh token）

下面是上面这些步骤所需要的参数。
A步骤中，客户端申请认证的URI，包含以下参数：

* response_type：表示授权类型，必选项，此处的值固定为"code"
* client_id：表示客户端的ID，必选项
* redirect_uri：表示重定向URI，可选项
* scope：表示申请的权限范围，可选项
* state：表示客户端的当前状态，可以指定任意值，认证服务器会原封不动地返回这个值。

GET /authorize?response_type=code&client_id=s6BhdRkqt3&state=xyz
&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb HTTP/1.1
Host: server.example.com

 

C步骤中，服务器回应客户端的URI，包含以下参数：
* code：表示授权码，必选项。该码的有效期应该很短，通常设为10分钟，客户端只能使用该码一次，否则会被授权服务器拒绝。该码与客户端ID和重定向URI，是一一对应关系。
* state：如果客户端的请求中包含这个参数，认证服务器的回应也必须一模一样包含这个参数。

HTTP/1.1 302 Found
Location: https://client.example.com/cb?code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
&state=xyz

 

D步骤中，客户端向认证服务器申请令牌的HTTP请求，包含以下参数：
* grant_type：表示使用的授权模式，必选项，此处的值固定为"authorization_code"。
* code：表示上一步获得的授权码，必选项。
* redirect_uri：表示重定向URI，必选项，且必须与A步骤中的该参数值保持一致。
* client_id：表示客户端ID，必选项。

POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=authorization_code&code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb

 

E步骤中，认证服务器发送的HTTP回复，包含以下参数：
* access_token：表示访问令牌，必选项。
* token_type：表示令牌类型，该值大小写不敏感，必选项，可以是bearer类型或mac类型。
* expires_in：表示过期时间，单位为秒。如果省略该参数，必须其他方式设置过期时间。
* refresh_token：表示更新令牌，用来获取下一次的访问令牌，可选项。
* scope：表示权限范围，如果与客户端申请的范围一致，此项可省略。

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Cache-Control: no-store
Pragma: no-cache

{
"access_token":"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA",
"token_type":"example",
"expires_in":3600,
"refresh_token":"tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA",
"example_parameter":"example_value"
}

 

如果用户访问的时候，客户端的"访问令牌"已经过期，则需要使用"更新令牌"申请一个新的访问令牌。
客户端发出更新令牌的HTTP请求，包含以下参数：
* granttype：表示使用的授权模式，此处的值固定为"refreshtoken"，必选项。
* refresh_token：表示早前收到的更新令牌，必选项。
* scope：表示申请的授权范围，不可以超出上一次申请的范围，如果省略该参数，则表示与上一次一致。

POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=refresh_token&refresh_token=tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA

 

关于更多内容请查看
参考链接

理解OAuth 2.0
OAuth 授权的工作原理是怎样的？足够安全吗？
OAuth的改变
CAS实现单点登录SSO执行原理探究
Oauth的access token 安全么?
OAuth 2.0攻击方法及案例总结
前端需要了解的 SSO 与 CAS 知识