一篇文章彻底弄懂CAS实现SSO单点登录原理
1. CAS 简介
1.1. What is CAS ？
CAS （ Central Authentication Service ） 是 Yale 大学发起的一个企业级的、开源的项目，旨在为 Web 应用系统提供一种可靠的单点登录解决方法（属于 Web SSO ）。
CAS 开始于 2001 年， 并在 2004 年 12 月正式成为 JA-SIG 的一个项目。
1.2. 主要特性
1、 开源的、多协议的 SSO 解决方案； Protocols ： Custom Protocol 、 CAS 、 OAuth 、 OpenID 、 RESTful API 、 SAML1.1 、 SAML2.0 等。
2、 支持多种认证机制： Active Directory 、 JAAS 、 JDBC 、 LDAP 、 X.509 Certificates 等；
3、 安全策略：使用票据（ Ticket ）来实现支持的认证协议；
4、 支持授权：可以决定哪些服务可以请求和验证服务票据（ Service Ticket ）；
5、 提供高可用性：通过把认证过的状态数据存储在 TicketRegistry 组件中，这些组件有很多支持分布式环境的实现， 如： BerkleyDB 、 Default 、 EhcacheTicketRegistry 、 JDBCTicketRegistry 、 JBOSS TreeCache 、 JpaTicketRegistry 、 MemcacheTicketRegistry 等；
6、 支持多种客户端： Java 、 .Net 、 PHP 、 Perl 、 Apache, uPortal 等。
2. SSO 单点登录原理
本文内容主要针对 Web SSO 。
2.1. 什么是SSO
单点登录（ Single Sign-On , 简称 SSO ）是目前比较流行的服务于企业业务整合的解决方案之一， SSO 使得在多个应用系统中，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。
2.2. SSO 原理
2.2.1. SSO 体系中的角色
一般 SSO 体系主要角色有三种：
1、 User （多个）
2、 Web 应用（多个）
3、 SSO 认证中心（ **1 个 **）
2.2.2. SSO 实现模式的原则
SSO 实现模式一般包括以下三个原则：
1、 所有的认证登录都在 SSO 认证中心进行；
2、 SSO 认证中心通过一些方法来告诉 Web 应用当前访问用户究竟是不是已通过认证的用户；
3、 SSO 认证中心和所有的 Web 应用建立一种信任关系，也就是说 web 应用必须信任认证中心。（单点信任）
2.2.3. SSO 主要实现方式
SSO 的主要实现方式有：
1、 共享 cookies
基 于共享同域的 cookie 是 Web 刚开始阶段时使用的一种方式，它利用浏览同域名之间自动传递 cookies 机制，实现两个域名之间系统令牌 传递问题；另外，关于跨域问题，虽然 cookies本身不跨域，但可以利用它实现跨域的 SSO 。如：代理、暴露 SSO 令牌值等。
缺点：不灵活而且有不少安全隐患，已经被抛弃。
2、 Broker-based( 基于经纪人 )
这 种技术的特点就是，有一个集中的认证和用户帐号管理的服务器。经纪人给被用于进一步请求的电子身份存取。中央数据库的使用减少了管理的代价，并为认证提供 一个公共和独立的 "第三方 " 。例如 Kerberos 、 Sesame 、 IBM KryptoKnight （凭证库思想 ) 等。 Kerberos是由麻省理工大学发明的安全认证服务，已经被 UNIX 和 Windows 作为 默认的安全认证服务集成进操作系统。
3、 Agent-based （基于代理人）
在 这种解决方案中，有一个自动地为不同的应用程序认证用户身份的代理程序。这个代理程序需要设计有不同的功能。比如，它可以使用口令表或加密密钥来自动地将 认证的负担从用户移开。代理人被放在服务器上面，在服务器的认证系统和客户端认证方法之间充当一个 " 翻译 "。例如 SSH 等。
4、 Token-based
例如 SecureID,WebID ，现在被广泛使用的口令认证，比如 FTP 、邮件服务器的登录认证，这是一种简单易用的方式，实现一个口令在多种应用当中使用。
5、 基于网关
6、 基于 SAML
SAML(Security Assertion Markup Language ，安全断言标记语言）的出现大大简化了 SSO ，并被 OASIS 批准为 **SSO 的执行标准 **。开源组织 OpenSAML 实现了 SAML 规范。
3. CAS 的基本原理
3.1. 结构体系
从结构体系看， CAS 包括两部分： CAS Server 和 CAS Client 。
3.1.1. CAS Server
CAS Server 负责完成对用户的认证工作 , 需要独立部署 , CAS Server 会处理用户名 / 密码等凭证(Credentials) 。
3.1.2. CAS Client
负责处理对客户端受保护资源的访问请求，需要对请求方进行身份认证时，重定向到 CAS Server 进行认证。（原则上，客户端应用不再接受任何的用户名密码等 Credentials ）。
CAS Client 与受保护的客户端应用部署在一起，以 Filter 方式保护受保护的资源。
3.2. CAS 原理和协议
3.2.1. 基础模式
基础模式 SSO 访问流程主要有以下步骤：
- 访问服务： SSO 客户端发送请求访问应用系统提供的服务资源。
- 定向认证： SSO 客户端会重定向用户请求到 SSO 服务器。
- 用户认证：用户身份认证。
- 发放票据： SSO 服务器会产生一个随机的 Service Ticket 。
- 验证票据： SSO 服务器验证票据 Service Ticket 的合法性，验证通过后，允许客户端访问服务。
- 传输用户信息： SSO 服务器验证票据通过后，传输用户认证结果信息给客户端。
下面是 CAS 最基本的协议过程：
CAS实现SSO单点登录原理
基础协议图
如 上图： CAS Client 与受保护的客户端应用部署在一起，以 Filter 方式保护 Web 应用的受保护资源，过滤从客户端过来的每一个 Web 请求，同 时， CAS Client 会分析 HTTP 请求中是否包含请求 Service Ticket( ST 上图中的 Ticket) ，如果没有，则说明该用户是没有经过认证的；于是 CAS Client 会重定向用户请求到 CAS Server （ Step 2 ），并传递 Service （要访问的目的资源地址）。 Step 3 是用户认证过程，如果用户提供了正确的 Credentials ， CAS Server 随机产生一个相当长度、唯一、不可伪造的 Service Ticket ，并缓存以待将来验证，并且重定向用户到 Service 所在地址（附带刚才产生的 Service Ticket ） , **并为客户端浏览器设置一个 Ticket Granted Cookie （ TGC ） **； CAS Client 在拿到 Service 和新产生的 Ticket 过后，在 Step 5 和 Step6 中与 CAS Server 进行身份核实，以确保 Service Ticket 的合法性。
在该协议中，所有与 CAS Server 的交互均采用 SSL 协议，以确保 ST 和 TGC 的安全性。协议工作过程中会有 **2 次重定向 **的过程。但是 CAS Client 与 CAS Server 之间进行 Ticket 验证的过程对于用户是透明的（使用 HttpsURLConnection ）。
CAS 请求认证时序图如下：
CAS实现SSO单点登录原理
3.2.1. CAS 如何实现 SSO
当用户访问另一个应用的服务再次被重定向到 CAS Server 的时候， CAS Server 会主动获到这个 TGC cookie ，然后做下面的事情：
- 如果 User 持有 TGC 且其还没失效，那么就走基础协议图的 Step4 ，达到了 SSO 的效果；
- 如果 TGC 失效，那么用户还是要重新认证 ( 走基础协议图的 Step3) 。
3.2.2. CAS 代理模式
该模式形式为用户访问 App1 ， App1 又依赖于 App2 来获取一些信息，如： User -->App1 -->App2。
这 种情况下，假设 App2 也是需要对 User 进行身份验证才能访问，那么，为了不影响用户体验（过多的重定向导致 User 的 IE 窗口不停地 闪动 ) ， CAS 引入了一种 Proxy 认证机制，即 CAS Client 可以代理用户去访问其它 Web 应用。
代 理的前提是需要 CAS Client 拥有用户的身份信息 ( 类似凭据 ) 。之前我们提到的 TGC 是用户持有对自己身份信息的一种凭据，这里的 PGT 就是 CAS Client 端持有的对用户身份信息的一种凭据。凭借TGC ， User 可以免去输入密码以获取访问其它服务的 Service Ticket ，所以，这里凭借 PGT ， Web应用可以代理用户去实现后端的认证，而 **无需前端用户的参与 **。
下面为代理应用（ helloService ）获取 PGT 的过程： （注： PGTURL 用于表示一个 Proxy 服务，是一个回调链接； PGT 相当于代理证； PGTIOU 为取代理证的钥匙，用来与 PGT 做关联关系；）
CAS实现SSO单点登录原理
如上面的 CAS Proxy 图所示， **CAS Client **在基础协议之上，在验证 ST 时提供了一个额外的PGT URL( 而且是 SSL 的入口 ) 给 CAS Server ，使得 CAS Server 可以通过 PGT URL 提供一个 PGT 给 CAS Client 。
CAS Client 拿到了 PGT(PGTIOU-85 … ..ti2td) ，就可以通过 PGT 向后端 Web 应用进行认证。
下面是代理认证和提供服务的过程：
CAS实现SSO单点登录原理
如 上图所示， Proxy 认证与普通的认证其实差别不大， Step1 ， 2 与基础模式的 Step1,2 几乎一样，唯一不同的 是， Proxy 模式用的是 PGT 而不是 TGC ，是 Proxy Ticket （ PT ）而不是 Service Ticket 。
3.2.3. 辅助说明
CAS 的 SSO 实现方式可简化理解为： 1 个 Cookie 和 N 个 Session 。 CAS Server 创建 cookie，在所有应用认证时使用，各应用通过创建各自的 Session 来标识用户是否已登录。
用 户在一个应用验证通过后，以后用户在同一浏览器里访问此应用时，客户端应用中的过滤器会在 session 里读取到用户信息，所以就不会去 CAS Server 认证。如果在此浏览器里访问别的 web 应用时，客户端应用中的过滤器在 session 里读取不到用户信息，就会去 CAS Server 的 login 接口认证，但这时CAS Server 会读取到浏览器传来的 cookie （ TGC ），所以 CAS Server 不会要求用户去登录页面登录，只是会根据 service 参数生成一个 Ticket ，然后再和 web 应用做一个验 证 ticket 的交互而已。
3.3. 术语解释
CAS 系统中设计了 5 中票据： TGC 、 ST 、 PGT 、 PGTIOU 、 PT 。
Ø Ticket-granting cookie(TGC) ：存放用户身份认证凭证的 cookie ，在浏览器和 CAS Server 间通讯时使用，并且只能基于安全通道传输（ Https ），是 CAS Server 用来明确用户身份的凭证；
Ø Service ticket(ST) ：服务票据，服务的惟一标识码 , 由 CAS Server 发出（ Http 传送），通过客户端浏览器到达业务服务器端；一个特定的服务只能有一个惟一的 ST ；
Ø Proxy-Granting ticket （ PGT ）：由 CAS Server 颁发给拥有 ST 凭证的服务， PGT 绑定一个用户的特定服务，使其拥有向 CAS Server 申请，获得 PT 的能力；
Ø Proxy-Granting Ticket I Owe You （ PGTIOU ） : 作用是将通过凭证校验时的应答信息由 CAS Server 返回给 CAS Client ，同时，与该 PGTIOU 对应的 PGT 将通过回调链接传给 Web 应用。 Web 应用负责维护 PGTIOU 与 PGT 之 间映射关系的内容表；
Ø Proxy Ticket (PT) ：是应用程序代理用户身份对目标程序进行访问的凭证；
其它说明如下：
Ø Ticket Granting ticket(TGT) ：票据授权票据，由 KDC 的 AS 发放。即获取这样一张票据后，以后申请各种其他服务票据 (ST) 便不必再向 KDC 提交身份认证信息 (Credentials) ；
Ø Authentication service(AS) --------- 认证用服务，索取 Credentials ，发放 TGT ；
Ø Ticket-granting service (TGS) --------- 票据授权服务，索取 TGT ，发放 ST ；
Ø KDC( Key Distribution Center ) ---------- 密钥发放中心；
4. CAS 安全性
CAS 的安全性仅仅依赖于 SSL 。使用的是 secure cookie 。
4.1. TGC/PGT 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。 PGT 的角色跟 TGC 是一样的。
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。
TGT 的存活周期默认为 120 分钟。
4.2. ST/PT 安全性
ST （ Service Ticket ）是通过 Http 传送的，因此网络中的其他人可以 Sniffer 到其他人的 Ticket 。 CAS 通过以下几方面来使 ST 变得更加安全（事实上都是可以配置的）：
1、 ST 只能使用一次
CAS 协议规定，无论 Service Ticket 验证是否成功， CAS Server 都会清除服务端缓存中的该Ticket ，从而可以确保一个 Service Ticket 不被使用两次。
2、 ST 在一段时间内失效
CAS 规定 ST 只能存活一定的时间，然后 CAS Server 会让它失效。默认有效时间为 5 分钟。
3、 ST 是基于随机数生成的
ST 必须足够随机，如果 ST 生成规则被猜出， Hacker 就等于绕过 CAS 认证，直接访问 对应的服务。
