摘要：單點登錄（SSO）的技術被越來越廣泛地運用到各個領域的軟件系統當中。本文從業務的角度分析了單點登錄的需求和應用領域；從技術本身的角度分析了單點登錄技術的內部機制和實現手段，并且給出Web-SSO和桌面SSO的實現、源代碼和詳細講解；還從安全和性能的角度對現有的實現技術進行進一步分析，指出相應的風險和需要改進的方面。本文除了從多個方面和角度給出了對單點登錄（SSO）的全面分析，還并且討論了如何將現有的應用和SSO服務結合起來，能夠幫助應用架構師和系統分析人員從本質上認識單點登錄，從而更好地設計出符合需要的安全架構。
關鍵字：SSO, Java, J2EE, JAAS
1 什么是單點登陸
單點登錄（Single Sign On），簡稱為 SSO，是目前比較流行的企業業務整合的解決方案之一。SSO的定義是在多個應用系統中，用戶只需要登錄一次就可以訪問所有相互信任的應用系統。
較大的企業內部，一般都有很多的業務支持系統為其提供相應的管理和IT服
務。例如財務系統為財務人員提供財務的管理、計算和報表服務；人事系統為人事部門提供全公司人員的維護服務；各種業務系統為公司內部不同的業務提供不同的
服務等等。這些系統的目的都是讓計算機來進行復雜繁瑣的計算工作，來替代人力的手工勞動，提高工作效率和質量。這些不同的系統往往是在不同的時期建設起來
的，運行在不同的平臺上；也許是由不同廠商開發，使用了各種不同的技術和標準。如果舉例說國內一著名的IT公司（名字隱去），內部共有60多個業務系統，這些系統包括兩個不同版本的SAP的ERP系統，12個不同類型和版本的數據庫系統，8個不同類型和版本的操作系統，以及使用了3種不同的防火墻技術，還有數十種互相不能兼容的協議和標準，你相信嗎？不要懷疑，這種情況其實非常普遍。每一個應用系統在運行了數年以后，都會成為不可替換的企業IT架構的一部分，如下圖所示。
隨
著企業的發展，業務系統的數量在不斷的增加，老的系統卻不能輕易的替換，這會帶來很多的開銷。其一是管理上的開銷，需要維護的系統越來越多。很多系統的數
據是相互冗余和重復的，數據的不一致性會給管理工作帶來很大的壓力。業務和業務之間的相關性也越來越大，例如公司的計費系統和財務系統，財務系統和人事系
統之間都不可避免的有著密切的關系。
為了降低管理的消耗，最大限度的重用已有投資的系統，很多企業都在進行著企業應用集成（EAI）。
企業應用集成可以在不同層面上進行：例如在數據存儲層面上的“數據大集中”，在傳輸層面上的“通用數據交換平臺”，在應用層面上的“業務流程整合”，和用
戶界面上的“通用企業門戶”等等。事實上，還用一個層面上的集成變得越來越重要，那就是“身份認證”的整合，也就是“單點登錄”。
通常來說，每個單獨的系統都會有自己的安全體系和身份認證系統。整合以前，進入每個系統都需要進行登錄，這樣的局面不僅給管理上帶來了很大的困難，在安全方面也埋下了重大的隱患。下面是一些著名的調查公司顯示的統計數據：
- 用戶每天平均 16 分鐘花在身份驗證任務上 - 資料來源： IDS
- 頻繁的 IT 用戶平均有 21 個密碼 - 資料來源： NTA Monitor Password Survey
- 49% 的人寫下了其密碼，而 67% 的人很少改變它們
- 每 79 秒出現一起身份被竊事件 - 資料來源：National Small Business Travel Assoc
- 全球欺騙損失每年約 12B - 資料來源：Comm Fraud Control Assoc
- 到 2007 年，身份管理市場將成倍增長至 $4.5B - 資料來源：IDS
使用“單點登錄”整合后，只需要登錄一次就可以進入多個系統，而不需要重新登錄，這不僅僅帶來了更好的用戶體驗，更重要的是降低了安全的風險和管理的消耗。請看下面的統計數據：
- 提高 IT 效率：對于每 1000 個受管用戶，每用戶可節省$70K
- 幫助臺呼叫減少至少1/3，對于 10K 員工的公司，每年可以節省每用戶 $75，或者合計 $648K
- 生產力提高：每個新員工可節省 $1K，每個老員工可節省 $350 ?資料來源：Giga
- ROI 回報：7.5 到 13 個月 ?資料來源：Gartner
另外，使用“單點登錄”還是SOA時代的需求之一。在面向服務的架構中，服務和服務之間，程序和程序之間的通訊大量存在，服務之間的安全認證是SOA應用的難點之一，應此建立“單點登錄”的系統體系能夠大大簡化SOA的安全問題，提高服務之間的合作效率。
2 單點登陸的技術實現機制
單
點登錄的機制其實是比較簡單的，用一個現實中的例子做比較。頤和園是北京著名的旅游景點，也是我常去的地方。在頤和園內部有許多獨立的景點，例如“蘇州
街”、“佛香閣”和“德和園”，都可以在各個景點門口單獨買票。很多游客需要游玩所有德景點，這種買票方式很不方便，需要在每個景點門口排隊買票，錢包拿
進拿出的，容易丟失，很不安全。于是絕大多數游客選擇在大門口買一張通票（也叫套票），就可以玩遍所有的景點而不需要重新再買票。他們只需要在每個景點門
口出示一下剛才買的套票就能夠被允許進入每個獨立的景點。
單點登錄的機制也一樣，如下圖所示，當用戶第一次訪問應用系統1的時候，因為還沒有登錄，會被引導到認證系統中進行登錄（1）；根據用戶提供的登錄信息，認證系統進行身份效驗，如果通過效驗，應該返回給用戶一個認證的憑據－－ticket（2）；用戶再訪問別的應用的時候（3，5）就會將這個ticket帶上，作為自己認證的憑據，應用系統接受到請求之后會把ticket送到認證系統進行效驗，檢查ticket的合法性（4，6）。如果通過效驗，用戶就可以在不用再次登錄的情況下訪問應用系統2和應用系統3了。
從上面的視圖可以看出，要實現SSO，需要以下主要的功能：
- 所有應用系統共享一個身份認證系統。
統一的認證系統是SSO的前提之一。認證系統的主要功能是將用戶的登錄信息和用戶信息庫相比較，對用戶進行登錄認證；認證成功后，認證系統應該生成統一的認證標志（ticket），返還給用戶。另外，認證系統還應該對ticket進行效驗，判斷其有效性。
- 所有應用系統能夠識別和提取ticket信息
要實現SSO的功能，讓用戶只登錄一次，就必須讓應用系統能夠識別已經登錄過的用戶。應用系統應該能對ticket進行識別和提取，通過與認證系統的通訊，能自動判斷當前用戶是否登錄過，從而完成單點登錄的功能。
上面的功能只是一個非常簡單的SSO架構，在現實情況下的SSO有著更加復雜的結構。有兩點需要指出的是：
- 單一的用戶信息數據庫并不是必須的，有許多系統不能將所有的用戶信息都集中存儲，應該允許用戶信息放置在不同的存儲中，如下圖所示。事實上，只要統一認證系統，統一ticket的產生和效驗，無論用戶信息存儲在什么地方，都能實現單點登錄。
- 統一的認證系統并不是說只有單個的認證服務器，如下圖所示，整個系統可以存在兩個以上的認證服務器，這些服務器甚至可以是不同的產品。認證服務器之間要通過標準的通訊協議，互相交換認證信息，就能完成更高級別的單點登錄。如下圖，當用戶在訪問應用系統1時，由第一個認證服務器進行認證后，得到由此服務器產生的ticket。當他訪問應用系統4的時候，認證服務器2能夠識別此ticket是由第一個服務器產生的，通過認證服務器之間標準的通訊協議（例如SAML）來交換認證信息，仍然能夠完成SSO的功能。
3 WEB-SSO的實現
隨著互聯網的高速發展，WEB應用幾乎統治了絕大部分的軟件應用系統，因此WEB-SSO是SSO應用當中最為流行。WEB-SSO有其自身的特點和優勢，實現起來比較簡單易用。很多商業軟件和開源軟件都有對WEB-SSO的實現。其中值得一提的是OpenSSO （https://opensso.dev.java.net），為用Java實現WEB-SSO提供架構指南和服務指南，為用戶自己來實現WEB-SSO提供了理論的依據和實現的方法。
為什么說WEB-SSO比較容易實現呢？這是有WEB應用自身的特點決定的。
眾所周知，Web協議（也就是HTTP）是一個無狀態的協議。一個Web應用由很多個Web頁面組成，每個頁面都有唯一的URL來定義。用戶在瀏覽器的地址欄輸入頁面的URL，瀏覽器就會向Web Server去發送請求。如下圖，瀏覽器向Web服務器發送了兩個請求，申請了兩個頁面。這兩個頁面的請求是分別使用了兩個單獨的HTTP連接。所謂無狀態的協議也就是表現在這里，瀏覽器和Web服務器會在第一個請求完成以后關閉連接通道，在第二個請求的時候重新建立連接。Web服務器并不區分哪個請求來自哪個客戶端，對所有的請求都一視同仁，都是單獨的連接。這樣的方式大大區別于傳統的（Client/Server）C/S結構,在那樣的應用中，客戶端和服務器端會建立一個長時間的專用的連接通道。正是因為有了無狀態的特性，每個連接資源能夠很快被其他客戶端所重用，一臺Web服務器才能夠同時服務于成千上萬的客戶端。
但是我們通常的應用是有狀態的。先不用提不同應用之間的SSO，在同一個應用中也需要保存用戶的登錄身份信息。例如用戶在訪問頁面1的時候進行了登錄，但是剛才也提到，客戶端的每個請求都是單獨的連接，當客戶再次訪問頁面2的時候，如何才能告訴Web服務器，客戶剛才已經登錄過了呢？瀏覽器和服務器之間有約定：通過使用cookie技術來維護應用的狀態。Cookie是可以被Web服務器設置的字符串，并且可以保存在瀏覽器中。如下圖所示，當瀏覽器訪問了頁面1時，web服務器設置了一個cookie，并將這個cookie和頁面1一起返回給瀏覽器，瀏覽器接到cookie之后，就會保存起來，在它訪問頁面2的時候會把這個cookie也帶上，Web服務器接到請求時也能讀出cookie的值，根據cookie值的內容就可以判斷和恢復一些用戶的信息狀態。
Web-SSO完全可以利用Cookie結束來完成用戶登錄信息的保存，將瀏覽器中的Cookie和上文中的Ticket結合起來，完成SSO的功能。
為了完成一個簡單的SSO的功能，需要兩個部分的合作：
- 統一的身份認證服務。
- 修改Web應用，使得每個應用都通過這個統一的認證服務來進行身份效驗。
3.1 Web SSO 的樣例
根據上面的原理，我用J2EE的技術（JSP和Servlet）完成了一個具有Web-SSO的簡單樣例。樣例包含一個身份認證的服務器和兩個簡單的Web應用，使得這兩個 Web應用通過統一的身份認證服務來完成Web-SSO的功能。此樣例所有的源代碼和二進制代碼都可以從網站地址http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/ 下載。
樣例下載、安裝部署和運行指南：
- Web-SSO的樣例是由三個標準Web應用組成，壓縮成三個zip文件，從http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/中下載。其中SSOAuth（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOAuth.zip）是身份認證服務；SSOWebDemo1（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOWebDemo1.zip）和SSOWebDemo2（http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/SSOWebDemo2.zip）是兩個用來演示單點登錄的Web應用。這三個Web應用之所以沒有打成war包，是因為它們不能直接部署，根據讀者的部署環境需要作出小小的修改。樣例部署和運行的環境有一定的要求，需要符合Servlet2.3以上標準的J2EE容器才能運行（例如Tomcat5,Sun Application Server 8, Jboss 4等）。另外，身份認證服務需要JDK1.5的運行環境。之所以要用JDK1.5是因為筆者使用了一個線程安全的高性能的Java集合類“ConcurrentMap”，只有在JDK1.5中才有。
- 這三個Web應用完全可以單獨部署，它們可以分別部署在不同的機器，不同的操作系統和不同的J2EE的產品上，它們完全是標準的和平臺無關的應用。但是有一個限制，那兩臺部署應用（demo1、demo2）的機器的域名需要相同，這在后面的章節中會解釋到cookie和domain的關系以及如何制作跨域的WEB-SSO
- 解壓縮SSOAuth.zip文件，在/WEB-INF/下的web.xml中請修改“domainname”的屬性以反映實際的應用部署情況，domainname需要設置為兩個單點登錄的應用（demo1和demo2）所屬的域名。這個domainname和當前SSOAuth服務部署的機器的域名沒有關系。我缺省設置的是“.sun.com”。如果你部署demo1和demo2的機器沒有域名，請輸入IP地址或主機名（如localhost），但是如果使用IP地址或主機名也就意味著demo1和demo2需要部署到一臺機器上了。設置完后，根據你所選擇的J2EE容器，可能需要將SSOAuth這個目錄壓縮打包成war文件。用“jar -cvf SSOAuth.war SSOAuth/”就可以完成這個功能。
- 解壓縮SSOWebDemo1和SSOWebDemo2文件，分別在它們/WEB-INF/下找到web.xml文件，請修改其中的幾個初始化參數
<init-param>
<param-name>SSOServiceURL</param-name>
<param-value>http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/SSOAuth</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>SSOLoginPage</param-name>
<param-value>http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/login.jsp</param-value>
</init-param>
將其中的SSOServiceURL和SSOLoginPage修改成部署SSOAuth應用的機器名、端口號以及根路徑（缺省是SSOAuth）以反映實際的部署情況。設置完后，根據你所選擇的J2EE容器，可能需要將SSOWebDemo1和SSOWebDemo2這兩個目錄壓縮打包成兩個war文件。用“jar -cvf SSOWebDemo1.war SSOWebDemo1/”就可以完成這個功能。
- 請輸入第一個web應用的測試URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo1/test.jsp，如果是第一次訪問，便會自動跳轉到登錄界面，如下圖
- 使用系統自帶的三個帳號之一登錄（例如，用戶名：wangyu,密碼：wangyu），便能成功的看到test.jsp的內容：顯示當前用戶名和歡迎信息。
- 請接著在同一個瀏覽器中輸入第二個web應用的測試URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo2/test.jsp。你會發現，不需要再次登錄就能看到test.jsp的內容，同樣是顯示當前用戶名和歡迎信息，而且歡迎信息中明確的顯示當前的應用名稱（demo2）。
3.2 WEB-SSO代碼講解
3.2.1身份認證服務代碼解析
Web-SSO的源代碼可以從網站地址http://gceclub.sun.com.cn/wangyu/web-sso/websso_src.zip下載。身份認證服務是一個標準的web應用，包括一個名為SSOAuth的Servlet，一個login.jsp文件和一個failed.html。身份認證的所有服務幾乎都由SSOAuth的Servlet來實現了；login.jsp用來顯示登錄的頁面（如果發現用戶還沒有登錄過）；failed.html是用來顯示登錄失敗的信息（如果用戶的用戶名和密碼與信息數據庫中的不一樣）。
SSOAuth的代碼如下面的列表顯示，結構非常簡單，先看看這個Servlet的主體部分：
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package DesktopSSO;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.text.*;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
public class SSOAuth extends HttpServlet {
static private ConcurrentMap accounts;
static private ConcurrentMap SSOIDs;
String cookiename="WangYuDesktopSSOID";
String domainname;
public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
super.init(config);
domainname= config.getInitParameter("domainname");
cookiename = config.getInitParameter("cookiename");
SSOIDs = new ConcurrentHashMap();
accounts=new ConcurrentHashMap();
accounts.put("wangyu", "wangyu");
accounts.put("paul", "paul");
accounts.put("carol", "carol");
}
protected void processRequest(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
PrintWriter out = response.getWriter();
String action = request.getParameter("action");
String result="failed";
if (action==null) {
handlerFromLogin(request,response);
} else if (action.equals("authcookie")){
String myCookie = request.getParameter("cookiename");
if (myCookie != null) result = authCookie(myCookie);
out.print(result);
out.close();
} else if (action.equals("authuser")) {
result=authNameAndPasswd(request,response);
out.print(result);
out.close();
} else if (action.equals("logout")) {
String myCookie = request.getParameter("cookiename");
logout(myCookie);
out.close();
}
}
.....
}
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從代碼很容易看出，SSOAuth就是一個簡單的Servlet。其中有兩個靜態成員變量：accounts和SSOIDs，這兩個成員變量都使用了JDK1.5中線程安全的MAP類： ConcurrentMap，所以這個樣例一定要JDK1.5才能運行。Accounts用來存放用戶的用戶名和密碼，在init()的方法中可以看到我給系統添加了三個合法的用戶。在實際應用中，accounts應該是去數據庫中或LDAP中獲得，為了簡單起見，在本樣例中我使用了ConcurrentMap在內存中用程序創建了三個用戶。而SSOIDs保存了在用戶成功的登錄后所產生的cookie和用戶名的對應關系。它的功能顯而易見：當用戶成功登錄以后，再次訪問別的系統，為了鑒別這個用戶請求所帶的cookie的有效性，需要到SSOIDs中檢查這樣的映射關系是否存在。
在主要的請求處理方法processRequest()中，可以很清楚的看到SSOAuth的所有功能
- 如果用戶還沒有登錄過，是第一次登錄本系統，會被跳轉到login.jsp頁面（在后面會解釋如何跳轉）。用戶在提供了用戶名和密碼以后，就會用handlerFromLogin()這個方法來驗證。
- 如果用戶已經登錄過本系統，再訪問別的應用的時候，是不需要再次登錄的。因為瀏覽器會將第一次登錄時產生的cookie和請求一起發送。效驗cookie的有效性是SSOAuth的主要功能之一。
- SSOAuth還能直接效驗非login.jsp頁面過來的用戶名和密碼的效驗請求。這個功能是用于非web應用的SSO，這在后面的桌面SSO中會用到。
- SSOAuth還提供logout服務。
下面看看幾個主要的功能函數：
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private void handlerFromLogin(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
String username = request.getParameter("username");
String password = request.getParameter("password");
String pass = (String)accounts.get(username);
if ((pass==null)||(!pass.equals(password)))
getServletContext().getRequestDispatcher("/failed.html").forward(request, response);
else {
String gotoURL = request.getParameter("goto");
String newID = createUID();
SSOIDs.put(newID, username);
Cookie wangyu = new Cookie(cookiename, newID);
wangyu.setDomain(domainname);
wangyu.setMaxAge(60000);
wangyu.setValue(newID);
wangyu.setPath("/");
response.addCookie(wangyu);
System.out.println("login success, goto back url:" + gotoURL);
if (gotoURL != null) {
PrintWriter out = response.getWriter();
response.sendRedirect(gotoURL);
out.close();
}
}
}
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handlerFromLogin()這個方法是用來處理來自login.jsp的登錄請求。它的邏輯很簡單：將用戶輸入的用戶名和密碼與預先設定好的用戶集合（存放在accounts中）相比較，如果用戶名或密碼不匹配的話，則返回登錄失敗的頁面（failed.html），如果登錄成功的話，需要為用戶當前的session創建一個新的ID，并將這個ID和用戶名的映射關系存放到SSOIDs中，最后還要將這個ID設置為瀏覽器能夠保存的cookie值。
登錄成功后，瀏覽器會到哪個頁面呢？那我們回顧一下我們是如何使用身份認證服務的。一般來說我們不會直接訪問身份服務的任何URL，包括login.jsp。身份服務是用來保護其他應用服務的，用戶一般在訪問一個受SSOAuth保護的Web應用的某個URL時，當前這個應用會發現當前的用戶還沒有登錄，便強制將也頁面轉向SSOAuth的login.jsp，讓用戶登錄。如果登錄成功后，應該自動的將用戶的瀏覽器指向用戶最初想訪問的那個URL。在handlerFromLogin()這個方法中，我們通過接收“goto”這個參數來保存用戶最初訪問的URL，成功后便重新定向到這個頁面中。
另外一個要說明的是，在設置cookie的時候，我使用了一個setMaxAge(6000)的方法。這個方法是用來設置cookie的有效期，單位是秒。如果不使用這個方法或者參數為負數的話，當瀏覽器關閉的時候，這個cookie就失效了。在這里我給了很大的值（1000分鐘），導致的行為是：當你關閉瀏覽器（或者關機），下次再打開瀏覽器訪問剛才的應用，只要在1000分鐘之內，就不需要再登錄了。我這樣做是下面要介紹的桌面SSO中所需要的功能。
其他的方法更加簡單，這里就不多解釋了。
3.2.2具有SSO功能的web應用源代碼解析
要實現WEB-SSO的功能，只有身份認證服務是不夠的。這點很顯然，要想使多個應用具有單點登錄的功能，還需要每個應用本身的配合：將自己的身份認證的服務交給一個統一的身份認證服務－SSOAuth。SSOAuth服務中提供的各個方法就是供每個加入SSO的Web應用來調用的。
一般來說，Web應用需要SSO的功能，應該通過以下的交互過程來調用身份認證服務的提供的認證服務：
- Web應用中每一個需要安全保護的URL在訪問以前，都需要進行安全檢查，如果發現沒有登錄（沒有發現認證之后所帶的cookie），就重新定向到SSOAuth中的login.jsp進行登錄。
- 登錄成功后，系統會自動給你的瀏覽器設置cookie，證明你已經登錄過了。
- 當你再訪問這個應用的需要保護的URL的時候，系統還是要進行安全檢查的，但是這次系統能夠發現相應的cookie。
- 有了這個cookie，還不能證明你就一定有權限訪問。因為有可能你已經logout,或者cookie已經過期了，或者身份認證服務重起過，這些情況下，你的cookie都可能無效。應用系統拿到這個cookie，還需要調用身份認證的服務，來判斷cookie時候真的有效，以及當前的cookie對應的用戶是誰。
- 如果cookie效驗成功，就允許用戶訪問當前請求的資源。
以上這些功能，可以用很多方法來實現：
- 在每個被訪問的資源中（JSP或Servlet）中都加入身份認證的服務，來獲得cookie，并且判斷當前用戶是否登錄過。不過這個笨方法沒有人會用:-)。
- 可以通過一個controller，將所有的功能都寫到一個servlet中，然后在URL映射的時候，映射到所有需要保護的URL集合中（例如*.jsp，/security/*等）。這個方法可以使用，不過，它的缺點是不能重用。在每個應用中都要部署一個相同的servlet。
- Filter是比較好的方法。符合Servlet2.3以上的J2EE容器就具有部署filter的功能。（Filter的使用可以參考JavaWolrd的文章http://www.javaworld.com/javaworld/jw-06-2001/jw-0622-filters.html）Filter是一個具有很好的模塊化，可重用的編程API，用在SSO正合適不過。本樣例就是使用一個filter來完成以上的功能。
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package SSO;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import java.text.*;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import javax.servlet.*;
import org.apache.commons.httpclient.*;
import org.apache.commons.httpclient.methods.GetMethod;
public class SSOFilter implements Filter {
private FilterConfig filterConfig = null;
private String cookieName="WangYuDesktopSSOID";
private String SSOServiceURL= "http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/SSOAuth";
private String SSOLoginPage= "http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/login.jsp";
public void init(FilterConfig filterConfig) {
this.filterConfig = filterConfig;
if (filterConfig != null) {
if (debug) {
log("SSOFilter:Initializing filter");
}
}
cookieName = filterConfig.getInitParameter("cookieName");
SSOServiceURL = filterConfig.getInitParameter("SSOServiceURL");
SSOLoginPage = filterConfig.getInitParameter("SSOLoginPage");
}
.....
.....
}
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以上的初始化的源代碼有兩點需要說明：一是有兩個需要配置的參數SSOServiceURL和SSOLoginPage。因為當前的Web應用很可能和身份認證服務（SSOAuth）不在同一臺機器上，所以需要讓這個filter知道身份認證服務部署的URL，這樣才能去調用它的服務。另外一點就是由于身份認證的服務調用是要通過http協議來調用的（在本樣例中是這樣設計的，讀者完全可以設計自己的身份服務，使用別的調用協議，如RMI或SOAP等等），所有筆者引用了apache的commons工具包（詳細信息情訪問apache 的網站http://jakarta.apache.org/commons/index.html），其中的“httpclient”可以大大簡化http調用的編程。
下面看看filter的主體方法doFilter():
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public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
if (debug) log("SSOFilter:doFilter()");
HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) req;
HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) res;
String result="failed";
String url = request.getRequestURL().toString();
String qstring = request.getQueryString();
if (qstring == null) qstring ="";
//檢查http請求的head是否有需要的cookie
String cookieValue ="";
javax.servlet.http.Cookie[] diskCookies = request.getCookies();
if (diskCookies != null) {
for (int i = 0; i < diskCookies.length; i++) {
if(diskCookies[i].getName().equals(cookieName)){
cookieValue = diskCookies[i].getValue();
//如果找到了相應的cookie則效驗其有效性
result = SSOService(cookieValue);
if (debug) log("found cookies!");
}
}
}
if (result.equals("failed")) { //效驗失敗或沒有找到cookie，則需要登錄
response.sendRedirect(SSOLoginPage+"?goto="+url);
} else if (qstring.indexOf("logout") > 1) {//logout服務
if (debug) log("logout action!");
logoutService(cookieValue);
response.sendRedirect(SSOLoginPage+"?goto="+url);
} else {//效驗成功
request.setAttribute("SSOUser",result);
Throwable problem = null;
try {
chain.doFilter(req, res);
} catch(Throwable t) {
problem = t;
t.printStackTrace();
}
if (problem != null) {
if (problem instanceof ServletException) throw (ServletException)problem;
if (problem instanceof IOException) throw (IOException)problem;
sendProcessingError(problem, res);
}
}
}
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doFilter()方法的邏輯也是非常簡單的，在接收到請求的時候，先去查找是否存在期望的cookie值，如果找到了，就會調用SSOService(cookieValue)去效驗這個cookie的有效性。如果cookie效驗不成功或者cookie根本不存在，就會直接轉到登錄界面讓用戶登錄；如果cookie效驗成功，就不會做任何阻攔，讓此請求進行下去。在配置文件中，有下面的一個節點表示了此filter的URL映射關系：只攔截所有的jsp請求。
<filter-mapping>
<filter-name>SSOFilter</filter-name>
<url-pattern>*.jsp</url-pattern>
</filter-mapping>
下面還有幾個主要的函數需要說明：
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private String SSOService(String cookievalue) throws IOException {
String authAction = "?action=authcookie&cookiename=";
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+authAction+cookievalue);
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
String result = httpget.getResponseBodyAsString();
return result;
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
}
private void logoutService(String cookievalue) throws IOException {
String authAction = "?action=logout&cookiename=";
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+authAction+cookievalue);
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
httpget.getResponseBodyAsString();
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
}
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這兩個函數主要是利用apache中的httpclient訪問SSOAuth提供的認證服務來完成效驗cookie和logout的功能。
其他的函數都很簡單，有很多都是我的IDE（NetBeans）替我自動生成的。
4 當前方案的安全局限性
當前這個WEB-SSO的方案是一個比較簡單的雛形，主要是用來演示SSO的概念和說明SSO技術的實現方式。有很多方面還需要完善，其中安全性是非常重要的一個方面。
我們說過，采用SSO技術的主要目的之一就是加強安全性，降低安全風險。因為采用了SSO，在網絡上傳遞密碼的次數減少，風險降低是顯然的，但是當前的方案卻有其他的安全風險。由于cookie是一個用戶登錄的唯一憑據，對cookie的保護措施是系統安全的重要環節：
- cookie的長度和復雜度
在本方案中，cookie是有一個固定的字符串（我的姓名）加上當前的時間戳。這樣的cookie很容易被偽造和猜測。懷有惡意的用戶如果猜測到合法的cookie就可以被當作已經登錄的用戶，任意訪問權限范圍內的資源
- cookie的效驗和保護
在本方案中，雖然密碼只要傳輸一次就夠了，可cookie在網絡中是經常傳來傳去。一些網絡探測工具（如sniff, snoop,tcpdump等）可以很容易捕獲到cookie的數值。在本方案中，并沒有考慮cookie在傳輸時候的保護。另外對cookie的效驗也過于簡單，并不去檢查發送cookie的來源究竟是不是cookie最初的擁有者，也就是說無法區分正常的用戶和仿造cookie的用戶。
- 當其中一個應用的安全性不好，其他所有的應用都會受到安全威脅
因為有SSO，所以當某個處于 SSO的應用被黒客攻破，那么很容易攻破其他處于同一個SSO保護的應用。
這些安全漏洞在商業的SSO解決方案中都會有所考慮，提供相關的安全措施和保護手段，例如Sun公司的Access Manager，cookie的復雜讀和對cookie的保護都做得非常好。另外在OpneSSO （https://opensso.dev.java.net）的架構指南中也給出了部分安全措施的解決方案。
5 當前方案的功能和性能局限性
除了安全性，當前方案在功能和性能上都需要很多的改進：
- 當前所提供的登錄認證模式只有一種：用戶名和密碼，而且為了簡單，將用戶名和密碼放在內存當中。事實上，用戶身份信息的來源應該是多種多樣的，可以是來自數據庫中，LDAP中，甚至于來自操作系統自身的用戶列表。還有很多其他的認證模式都是商務應用不可缺少的，因此SSO的解決方案應該包括各種認證的模式，包括數字證書，Radius， SafeWord ，MemberShip，SecurID等多種方式。最為靈活的方式應該允許可插入的JAAS框架來擴展身份認證的接口
- 我們編寫的Filter只能用于J2EE的應用，而對于大量非Java的Web應用，卻無法提供SSO服務。
- 在將Filter應用到Web應用的時候，需要對容器上的每一個應用都要做相應的修改，重新部署。而更加流行的做法是Agent機制：為每一個應用服務器安裝一個agent，就可以將SSO功能應用到這個應用服務器中的所有應用。
- 當前的方案不能支持分別位于不同domain的Web應用進行SSO。這是因為瀏覽器在訪問Web服務器的時候，僅僅會帶上和當前web服務器具有相同domain名稱的那些cookie。要提供跨域的SSO的解決方案有很多其他的方法，在這里就不多說了。Sun的Access Manager就具有跨域的SSO的功能。
- 另外，Filter的性能問題也是需要重視的方面。因為Filter會截獲每一個符合URL映射規則的請求，獲得cookie，驗證其有效性。這一系列任務是比較消耗資源的，特別是驗證cookie有效性是一個遠程的http的調用，來訪問SSOAuth的認證服務，有一定的延時。因此在性能上需要做進一步的提高。例如在本樣例中，如果將URL映射從“.jsp”改成“/*”，也就是說filter對所有的請求都起作用，整個應用會變得非常慢。這是因為，頁面當中包含了各種靜態元素如gif圖片，css樣式文件，和其他html靜態頁面，這些頁面的訪問都要通過filter去驗證。而事實上，這些靜態元素沒有什么安全上的需求，應該在filter中進行判斷，不去效驗這些請求，性能會好很多。另外，如果在filter中加上一定的cache，而不需要每一個cookie效驗請求都去遠端的身份認證服務中執行，性能也能大幅度提高。
- 另外系統還需要很多其他的服務，如在內存中定時刪除無用的cookie映射等等，都是一個嚴肅的解決方案需要考慮的問題。
6 桌面SSO的實現
從WEB-SSO的概念延伸開，我們可以把SSO的技術拓展到整個桌面的應用，不僅僅局限在瀏覽器。SSO的概念和原則都沒有改變，只需要再做一點點的工作，就可以完成桌面 SSO 的應用。
桌面SSO和WEB-SSO一樣，關鍵的技術也在于如何在用戶登錄過后保存登錄的憑據。在WEB-SSO中，登錄的憑據是靠瀏覽器的cookie機制來完成的；在桌面應用中，可以將登錄的憑證保存到任何地方，只要所有SSO的桌面應用都共享這個憑證。
6.1桌面樣例的部署
- 運行此桌面SSO需要三個前提條件：
a) WEB-SSO的身份認證應用應該正在運行，因為我們在桌面SSO當中需要用到統一的認證服務
b) 當前桌面需要運行Mozilla或Netscape瀏覽器，因為我們將ticket保存到mozilla的cookie文件中
c) 必須在JDK1.4以上運行。（WEB-SSO需要JDK1.5以上）
- 解開desktopsso.zip文件，里面有兩個目錄bin和lib。
- bin目錄下有一些腳本文件和配置文件，其中config.properties包含了三個需要配置的參數：
a) SSOServiceURL要指向WebSSO部署的身份認證的URL
b) SSOLoginPage要指向WebSSO部署的身份認證的登錄頁面URL
c) cookiefilepath要指向當前用戶的mozilla所存放cookie的文件
- 在bin目錄下還有一個login.conf是用來配置JAAS登錄模塊，本樣例提供了兩個，讀者可以任意選擇其中一個（也可以都選），再重新運行程序，查看登錄認證的變化
- 在bin下的運行腳本可能需要作相應的修改
a) 如果是在unix下，各個jar文件需要用“:”來隔開，而不是“;”
b) java 運行程序需要放置在當前運行的路徑下，否則需要加上java的路徑全名。
6.2桌面樣例的運行
樣例程序包含三個簡單的Java控制臺程序，這三個程序單獨運行都需要登錄。如果運行第一個命叫“GameSystem”的程序，提示需要輸入用戶名和密碼：
效驗成功以后，便會顯示當前登錄的用戶的基本信息等等。
這時候再運行第二個桌面Java應用（mailSystem）的時候，就不需要再登錄了，直接就顯示出來剛才登錄的用戶。
第三個應用是logout，運行它之后，用戶便退出系統。再訪問的時候，又需要重新登錄了。請讀者再制裁執行完logout之后，重新驗證一下前兩個應用的SSO：先運行第二個應用，再運行第一個，會看到相同的效果。
我們的樣例并沒有在這里停步，事實上，本樣例不僅能夠和在幾個Java應用之間SSO，還能和瀏覽器進行SSO，也就是將瀏覽器也當成是桌面的一部分。這對一些行業有著不小的吸引力。
這時候再打開Mozilla瀏覽器，訪問以前提到的那兩個WEB應用，會發現只要桌面應用如果登錄過，Web應用就不用再登錄了，而且能顯示剛才登錄的用戶的信息。讀者可以在幾個桌面和Web應用之間進行登錄和logout的試驗，看看它們之間的SSO。
6.3桌面樣例的源碼分析
桌面SSO的樣例使用了JAAS（要了解JAAS的詳細的信息請參考http://java.sun.com/products/jaas）。JAAS是對PAM（Pluggable Authentication Module）的Java實現，來完成 Java應用可插拔的安全認證模塊。使用JAAS作為Java應用的安全認證模塊有很多好處，最主要的是不需要修改源代碼就可以更換認證方式。例如原有的Java應用如果使用JAAS的認證，如果需要應用SSO，只需要修改JAAS的配置文件就行了。現在在流行的J2EE和其他 Java的產品中，用戶的身份認證都是通過JAAS來完成的。在樣例中，我們就展示了這個功能。請看配置文件login.conf
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DesktopSSO {
desktopsso.share.PasswordLoginModule required;
desktopsso.share.DesktopSSOLoginModule required;
};
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當我們注解掉第二個模塊的時候，只有第一個模塊起作用。在這個模塊的作用下，只有test用戶（密碼是12345）才能登錄。當我們注解掉第一個模塊的時候，只有第二個模塊起作用，桌面SSO才會起作用。
所有的Java桌面樣例程序都是標準JAAS應用，熟悉JAAS的程序員會很快了解。JAAS中主要的是登錄模塊（LoginModule）。下面是SSO登錄模塊的源碼：
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public class DesktopSSOLoginModule implements LoginModule {
..........
private String SSOServiceURL = "";
private String SSOLoginPage = "";
private static String cookiefilepath = "";
.........
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在config.properties的文件中，我們配置了它們的值：
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SSOServiceURL=http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/SSOAuth
SSOLoginPage=http://wangyu.prc.sun.com:8080/SSOAuth/login.jsp
cookiefilepath=C:\\Documents and Settings\\yw137672\\Application Data\\Mozilla\\Profiles\\default\\hog6z1ji.slt\\cookies.txt
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SSOServiceURL和SSOLoginPage成員變量指向了在Web-SSO中用過的身份認證模塊：SSOAuth，這就說明在桌面系統中我們試圖和Web應用共用一個認證服務。而cookiefilepath成員變量則泄露了一個“天機”：我們使用了Mozilla瀏覽器的cookie文件來保存登錄的憑證。換句話說，和Mozilla共用了一個保存登錄憑證的機制。之所以用Mozilla是應為它的Cookie文件格式簡單，很容易編程訪問和修改任意的Cookie值。（我試圖解析Internet Explorer的cookie文件但沒有成功。）
下面是登錄模塊DesktopSSOLoginModule的主體：login()方法。邏輯也是非常簡單：先用Cookie來登陸，如果成功，則直接就進入系統，否則需要用戶輸入用戶名和密碼來登錄系統。
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public boolean login() throws LoginException{
try {
if (Cookielogin()) return true;
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
if (passwordlogin()) return true;
throw new FailedLoginException();
}
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下面是Cookielogin()方法的實體，它的邏輯是：先從Cookie文件中獲得相應的Cookie值，通過身份效驗服務效驗Cookie的有效性。如果cookie有效就算登錄成功；如果不成功或Cookie不存在，用cookie登錄就算失敗。
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public boolean Cookielogin() throws LoginException,IOException {
String cookieValue="";
int cookieIndex =foundCookie();
if (cookieIndex<0)
return false;
else
cookieValue = getCookieValue(cookieIndex);
username = cookieAuth(cookieValue);
if (! username.equals("failed")) {
loginSuccess = true;
return true;
}
return false;
}
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用用戶名和密碼登錄的方法要復雜一些，通過Callback的機制和屏幕輸入輸出進行信息交互，完成用戶登錄信息的獲取；獲取信息以后通過userAuth方法來調用遠端SSOAuth的服務來判定當前登錄的有效性。
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public boolean passwordlogin() throws LoginException {
//
// Since we need input from a user, we need a callback handler
if (callbackHandler == null) {
throw new LoginException("No CallbackHandler defined");
}
Callback[] callbacks = new Callback[2];
callbacks[0] = new NameCallback("Username");
callbacks[1] = new PasswordCallback("Password", false);
//
// Call the callback handler to get the username and password
try {
callbackHandler.handle(callbacks);
username = ((NameCallback)callbacks[0]).getName();
char[] temp = ((PasswordCallback)callbacks[1]).getPassword();
password = new char[temp.length];
System.arraycopy(temp, 0, password, 0, temp.length);
((PasswordCallback)callbacks[1]).clearPassword();
} catch (IOException ioe) {
throw new LoginException(ioe.toString());
} catch (UnsupportedCallbackException uce) {
throw new LoginException(uce.toString());
}
System.out.println();
String authresult ="";
try {
authresult = userAuth(username, password);
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
if (! authresult.equals("failed")) {
loginSuccess= true;
clearPassword();
try {
updateCookie(authresult);
} catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
return true;
}
loginSuccess = false;
username = null;
clearPassword();
System.out.println( "Login: PasswordLoginModule FAIL" );
throw new FailedLoginException();
}
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CookieAuth和userAuth方法都是利用apahce的httpclient工具包和遠程的SSOAuth進行http連接，獲取服務。
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private String cookieAuth(String cookievalue) throws IOException{
String result = "failed";
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+Action1+cookievalue);
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
result = httpget.getResponseBodyAsString();
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
return result;
}
private String userAuth(String username, char[] password) throws IOException{
String result = "failed";
String passwd= new String(password);
HttpClient httpclient = new HttpClient();
GetMethod httpget = new GetMethod(SSOServiceURL+Action2+username+"&password="+passwd);
passwd = null;
try {
httpclient.executeMethod(httpget);
result = httpget.getResponseBodyAsString();
} finally {
httpget.releaseConnection();
}
return result;
}
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還有一個地方需要補充說明的是，在本樣例中，用戶名和密碼的輸入都會在屏幕上顯示明文。如果希望用掩碼形式來顯示密碼，以提高安全性，請參考：http://java.sun.com/developer/technicalArticles/Security/pwordmask/
7 真正安全的全方位SSO解決方案：Kerberos
我們的樣例程序（桌面SSO和WEB-SSO）都有一個共性：要想將一個應用集成到我們的SSO解決方案中，或多或少的需要修改應用程序。Web應用需要配置一個我們預制的filter；桌面應用需要加上我們桌面SSO的JAAS模塊（至少要修改JAAS的配置文件）。可是有很多程序是沒有源代碼和無法修改的，例如常用的遠程通訊程序telnet和ftp等等一些操作系統自己帶的常用的應用程序。這些程序是很難修改加入到我們的SSO的解決方案中。
事實上有一種全方位的SSO解決方案能夠解決這些問題，這就是Kerberos協議（RFC 1510）。Kerberos是網絡安全應用標準(http://web.mit.edu/kerberos/)，由MIT學校發明，被主流的操作系統所采用。在采用kerberos的平臺中，登錄和認證是由操作系統本身來維護，認證的憑證也由操作系統來保存，這樣整個桌面都可以處于同一個SSO的系統保護中。操作系統中的各個應用（如ftp,telnet）只需要通過配置就能加入到SSO中。另外使用Kerberos最大的好處在于它的安全性。通過密鑰算法的保證和密鑰中心的建立，可以做到用戶的密碼根本不需要在網絡中傳輸，而傳輸的信息也會十分的安全。
目前支持Kerberos的操作系統包括Solaris, windows,Linux等等主流的平臺。只不過要搭建一個Kerberos的環境比較復雜，KDC（密鑰分發中心）的建立也需要相當的步驟。Kerberos擁有非常成熟的API，包括Java的API。使用Java Generic Security Services(GSS) API并且使用JAAS中對Kerberos的支持（詳細信息請參見Sun的Java&Kerberos教程http://java.sun.com/ j2se/1.5.0/docs/guide/security/jgss/tutorials/index.html），要將我們這個樣例改造成對Kerberos的支持也是不難的。 值得一提的是在JDK6.0 （http://www.java.net/download/jdk6）當中直接就包含了對GSS的支持，不需要單獨下載GSS的包。
8 總結
本文的主要目的是闡述SSO的基本原理，并提供了一種實現的方式。通過對源代碼的分析來掌握開發SSO服務的技術要點和充分理解SSO的應用范圍。但是，本文僅僅說明了身份認證的服務，而另外一個和身份認證密不可分的服務----權限效驗，卻沒有提到。要開發出真正的SSO的產品，在功能上、性能上和安全上都必須有更加完備的考慮。