用户认证问题

简介

安全性不是越高越好，而是够用就好。

环境风险：

1. 被偷窥的风险
2. 被抓包的风险
3. 被伪造的风险

两个概念：

1. Authentication，用户认证/authz，就是让用户登录，并且在接下来的一段时间内让用户访问网站时可以使用其账户，而不需要再次登录的机制。
   1. 认证的目的是确认用户是谁。
2. Authorization/authn，用户授权指的是规定并允许用户使用自己的权限，例如发布帖子、管理站点等。
   1. 鉴权：是指验证用户是否有权限访问某项资源或执行某项操作。虽然认证确认了用户身份，但它并不能确定该用户可以做什么。这方面的决策依赖于系统的权限管理策略。PS：这也是为何，认证可以通用，而鉴权则通常难以复用。

本文的主要脉络：

1. 用户认证是什么，简单实现
2. 基于token的实现
3. 前两点是在同一公司站点内。那么扩展到不同公司的站点，比如访问开放服务，用户认证怎么做

具体工具

编码，防可见

Base64 is a group of similar binary-to-text encoding schemes that represent binary data in an ASCII string format by translating it into a radix-64 representation.

选用64个可见字符代表0~63, 以此将8bit转换为一个字符，进而将一个二进制数组（可以是json、字符串等任何文档）转换为字符串。关于Base64编码的理解

签名，防篡改

针对明文计算一个签名，传输时除明文外，还携带签名。在secret key没有暴露的前提下，接收方根据明文计算签名，如果签名一致，则表示明文内容没有被篡改。

目前笔者见到以下几种方式

1. 将明文/明文base64编码 通过 HS256使用对称秘钥加密 加密，得到一个字符串。HS256是对称加密算法，与之对应的便是大名鼎鼎的RS256（即RSA）。
2. 将明文 带上一个secret key 计算md5

密文，防可见 + 防篡改

RSA

有效期，防重放

用户认证/authz

认证的目的是确认用户是谁。在这个过程中，用户通常需要提供某种凭证，例如用户名和密码、指纹、面部识别，或是其他生物特征，甚至是安全令牌（如两步验证中的验证码）。通过这些凭证，系统将用户的身份与已有的身份信息进行比对，从而确认其真实性。

1. 从服务端的角度说：服务端提供资源给客户端，但是某些资源是有条件的。所以服务端要能够识别请求者的身份，然后再判断所请求的资源是否可以给请求者。
2. 从客户端的角度说：所谓用户认证（Authentication），就是让用户登录，并且在接下来的一段时间内让用户访问网站时可以使用其账户，而不需要再次登录的机制。

Web开发中常见的认证机制

1. http 四种认证方式，HTTP认证与https简介

   1. basic 认证，Authorization: Basic QWRlcGxveSdzIGJsb2c= Basic之后是username=password Base64加密后的值。本质就是每次http请求传输用户名和密码（没错，起初就是这么直接）
   2. digest 认证，basic 认证 的加强版
   3. https client 认证，
   4. form based 认证，认证信息作为请求参数，类似于Http基本认证
2. Cookie/Session 认证机制
3. 基于 Token 的认证机制，基本与Cookie/Session 认证机制类似，只是“sessionid”不再由tomcat存储。
4. AK/SK 认证，一般用于云平台
   1. 在发起API请求之前，需要收集一些必要的信息，包括请求的Endpoint和URI、API环境以及Host域名等，根据API网关的规则组装请求内容，生成待签名字符串。利用AK/SK和待签名字符串计算出签名。将生成的签名作为HTTP请求的头部或查询字符串添加到请求中，将带有签名的请求发送到云平台的API接口。云平台的服务器接收到请求后，会使用存储在服务器端的SK对请求中的签名进行验证。如果验证通过，说明请求是合法的，服务器会处理请求；如果验证失败，请求将被拒绝。
   2. 用户可以根据需要创建多个AK/SK对，并为不同的AK/SK设置不同的权限，实现细粒度的访问控制。云平台通常提供管理界面，方便用户创建、查看、禁用或删除AK/SK对，便于用户对访问权限进行管理和维护。
5. OAuth2 认证
6. OIDC 认证

本文主要讲下3、4两种认证方式，cookie、token机制使得用户一次登录后，其它时间的请求不用再携带用户名和密码。

Authorization header 语法格式是这样

Authorization: <auth-scheme> <authorization-parameters>

这里的Authorization: Basic <credentials> ，比较常见的是 Basic 和 Digest。如果是 Basic 类型，那么它的格式是：Authorization: Basic <credentials>

token 认证

关于JWT的两篇演进文章

JSON Web Token - 在Web应用间安全地传递信息

八幅漫画理解使用JSON Web Token设计单点登录系统

要点如下：

1. JSON Web Token（JWT）是一个非常轻巧的规范。这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息（JSON 对象的形式）。具体的说，接收方可以确保信息自发送方发出后，没有被篡改过。文中的例子很经典，https://your.awesome-app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A 如果用户B触发url，则认为用户b愿意加A为好友。

   • 正常服务端逻辑。收到该请求，从请求中提取（比如cookie）用户B是否已登录的信息，如果确认是用户B，则进行相关操作。问题：该url可能在任何平台被触发，android/ios、网页、邮件中等，所以请求中不一定可以提取到用户B的登录信息。
   • 所以服务器对用户是否登录不做限定
   • 那么，用户b就可以任意添加好友了。
   • 因此，采用签名等手段，防止用户b篡改url

2. 使用token之后，我们不仅可以做用户认证（有这个token，并且token有效的话，就可以认为用户登陆过），其潜在的约定还包括token中包含uid之类的信息，可以识别用户的身份。我们知道，通过session id可以拿到服务器保存在session会话中的kv，那么从token中拿到uid信息后， 服务器可以根据uid作出个性化反应。认证不是目的，作出个性化反应才是。不得不说，token搞这么一圈，只是将session的实现原理“显式化”了。

同一个作者演进的两篇文章

1. Token - 服务端身份验证的流行方案
2. 基于token的身份验证-2.0版本

token要能实现以下基本约束：

1. 防伪造，哪怕算法泄漏

   • token中包括uid、随机数等信息，服务端存储uid与缓存的映射。收到请求后，从token中解析出uid，然后查询服务端<uid,token>的映射，判断token是否匹配

2. 防冒充，拿着正常用户的token发送请求

   • token 计算中加入有效期

3. 防重放，抓包到客户端请求， 然后不停地repeat

   对请求进行频控

基于token的多平台身份认证架构设计，该文章系统的论述了token系统理论问题

使用场景	来源	目的	有效期	过期后
网站一般页面访问	服务端生成	省去每次输入用户名和密码的问题	7天到一个月	用户重新输入登陆密码以确认授权
支付场景	服务端生成	一次交易的多个环节（订单、扣款等）用户授权确认	一次交易一个token	用户重新输入支付密码以确认授权
文件上传	客户端或服务端生成	服务端识别身份	看场景需求	服务端重新判断用户身份、占用资源等是否允许
推送APPKEY 和APPSercret	使用apns的推送服务，需要向apple 申请应用和密钥	服务端识别身份	一年	向apple申请

可以看到，对于用户之于一个网站，不是一个token便可以到处使用。

1. 对于不同的用途、不同有效期、不同的平台，要准备多个token
2. 不只用在访问网站上，用户有用户名和密码，各种andriod/ios sdk、java sdk有appkey 和 secretykey，这就是sdk的“用户名”和“密码”，。

环境风险：

1. 被偷窥的风险
2. 被抓包的风险
3. 被伪造的风险

有意思的地方，基于token的安全认证：先使用用户名密码得到一个token，以后的请求使用token。https：先根据证书（crt之类）沟通一个对称秘钥，以后的请求使用对称加密，异曲同工。

OAuth2 认证

前文主要讲述同一公司的所有站点如何做用户认证，那么在不同公司的用户站点如何实现用户认证？OAuth工作原理随想——让你的系统提供的服务更加安全

很多人会使用网盘来存放一些文件，像照片、文档之类。当我们存取文件的时候，我们需要给网盘提供账户密码，这样网盘服务就能验证我们的身份。账户密码作为认证方式，保证只有我们自己可以存取自己的文件。这个场景足够简单，但很快我们就遇到新需求:我们需要使用一个在线制作相册的应用。按正常的使用流程，我们需要把网盘的照片下载到本地，然后再把照片上传 到电子相册。这个过程是比较很繁琐的。我们能想到的优化方法是，让相册应用直接访问网盘来获取我们的照片，而这需要我们把用户名和密码授权给相册应用使用。这样的授权方式，优点显而易见，但缺点也是很明显的:我们把网盘的用户名密码给了相册服务，相册服务就拥有了读写网盘的能力，从数据安全角度，这个是很可怕的。

OAuth 协议是为了解决上述问题而设计的一种标准方案，相比把账户密码直接给三方应用，此协议采用了一种间接的方式来达到同样的目的。OAuth 2.0 是一种用于授权的协议，广泛用于互联网应用以实现安全的授权机制。OAuth 2.0 定义以下几种角色：

1. 资源拥有者（Resource Owner）：通常是用户，拥有数据访问权限，以下简称为用户
2. 客户端（Client）：请求访问资源的应用程序。
3. 授权服务器（Authorization Server）：负责验证用户并发放访问令牌的服务器。
4. 资源服务器（Resource Server）：存储用户数据的服务器。

OAuth 2.0 协议的流程主要包含以下几个步骤：

1. 客户端请求用户授权，此时通常会跳转第三方登录页
2. 资源拥有者用户同意授权
3. 客户端使用已获得授权，请求授权服务器发放Access Token
4. 授权服务器返回Access Token。PS：授权服务器需要有能力为客户端安全地签发 access_token。在发放令牌前，服务器会校验客户端的凭据，有时还需要校验访问用户的身份。授权服务器决定令牌的有效期、权限范围、目标受众等特性。
5. 客户端使用Access Token，请求资源服务器。一般在 Authorization header 里，包括一个 OAuth2access_token（令牌），它代表客户端的“权限”。这个令牌通常是一个 JWT（JSON Web Token），也可能只是一个不可读的随机字符串。
6. 资源服务器验证Access Token，并返回受保护的资源。PS：有时授权服务器和资源服务器可能是一个服务实例。

这个协议其实就做了两件事情:

1. 在用户授权的情况下，三方应用获取 token 所表示的临时访问权限;
2. 然后三方应用使用这个 token 去获取资源。

如果用网盘的例子来说明的话，那就是用户授权网盘服务给相册应用创建临时 token，然后相册应用使用这个 token 去网盘服务获取用户的照片。实际上 OAuth 2.0 各个变种的核心差别，在于第一件事情，就是用户授权资源服务器的方式。

资源服务器实际上扮演了鉴权和资源管理两种角色，这两者分开实现的话，协议流程会变成下图这样。

oauth 与网关

目前，SSO 的实现方案常见有以下几种：

1. 基于 JWT：JWT（JSON Web Token）是一种用于在各方之间安全传递信息的开放标准，令牌中包含用户的身份信息和权限。然而，JWT 用于 SSO 时缺乏标准化方案，导致集成复杂，且令牌一旦签发无法撤销，可能影响安全性。
2. 基于 CAS：CAS（Central Authentication Service）是一种基于中间件的开源单点登录解决方案，通常用于大学和大型企业。用户在一处登录后即可无缝访问所有与 CAS 集成的应用。但其实现较为复杂，对系统集成要求较高。
3. 基于 SAML：SAML（Security Assertion Markup Language）是一种协议，用于在应用程序与 SSO 服务之间交换身份验证信息。它使用 XML 来交换用户标识数据，提供高安全性和灵活性，但配置和实施较为复杂，增加了开发和维护成本。
4. 基于 OIDC：OIDC（OpenID Connect）是基于 OAuth 2.0 的身份验证层，允许用户通过多种客户端（如 Web 应用、移动应用等）进行身份验证。OIDC 具有标准化、简单易用、灵活性和安全性等优点，成为许多企业在实现单点登录时的首选。OIDC 还有广泛第三方服务提供商的支持，如支付宝、钉钉、微信、GitHub 等。

保护 API 安全，是云原生 API 网关作为接入层重要的能力。网关作为后端服务所有请求的入口，可以集成 OIDC 实现统一认证服务，所有后端服务不需要各自实现用户认证逻辑，而是统一通过网关进行用户身份的验证。这样简化了系统架构，减少了重复工作，并提高了安全性。用户在网关配置 OIDC 认证鉴权，可以实现对资源的细粒度访问控制。并且可以方便地对接自建的身份认证服务，或者社交媒体账号等其他第三方账户登录，增强了业务的便利性。

1. 有一个用户管理（登陆注销）系统，比如叫paasport，用户登录后获取一个key，之后用户请求携带key 访问其它业务服务，每个业务服务 拿到key 之后请求paasport 拿到用户信息（这个逻辑一般在filter中），再进行业务处理。此时网关对用户信息这块无感并透明。
2. 根据key 获取用户信息这个动作 过于通用，因此可以转移到网关上。 结合oauth 或openid connect 协议，很多网关也会支持对应插件。将用户请求的key 转为用户信息（比如uid）附着在请求上，后端的业务系统无需关心用户信息。

其它

微服务架构中Auth Server设计

“一切历史都是现代史”，搞清楚来龙，有助于更好的理解原理。