权限设计系列「认证授权专题」微服务架构的登陆认证问题

Posted 2022-12-28 洛神灬殇

预备知识

本文讨论基于微服务架构下的身份认证和用户授权的技术方案，最好先熟悉并理解以下几个知识点：

• 微服务架构相关概念：服务注册、服务发现、API 网关

• 身份认证和授权技术：SSO、CAS、OAuth2.0、JWT

以下几个基础概念：

• 认证
• 授权
• 鉴权
• 权限控制

前提背景

当企业的应用系统逐渐增多后，每个系统单独管理各自的用户数据容易行成信息孤岛，分散的用户管理模式阻碍了企业应用向平台化演进。当企业的互联网业务发展到一定规模，构建统一的标准化账户管理体系将是必不可少的，因为它是企业互联网云平台的重要基础设施，能够为平台带来统一的帐号管理、身份认证、用户授权等基础能力，为企业带来诸如跨系统单点登录、第三方授权登录等基础能力，为构建开放平台和业务生态提供了必要条件。

模式介绍

在微服务架构下，必须对企业的平台生态进行合理的业务划分，每个业务板块将自成系统，这些系统业务比较独立，应当独立拆分。每个系统又可根据各自的业务模型进行切分，将业务模型和用户需求统筹分析后建立恰当的领域模型，形成独立的服务。

另外，企业平台的客户范围比较复杂，有2B的业务，也有2C的，还有 2G（goverment）的，因此平台级的统一身份管理必须涉及组织实体和个人实体两类，其中组织实体包括机关（G）、企业单位（B）、团体组织（B）等，这类似于多租户架构的概念，但又比传统多租户架构复杂。

微服务架构的登陆认证问题

从过去单体应用架构到分布式应用架构再到现在的微服务架构，应用的安全访问在不断的经受考验。为了适应架构的变化、需求的变化，身份认证与鉴权方案也在不断的更新变革。面对数十个甚至上百个微服务之间的调用，如何保证高效安全的身份认证？面对外部的服务访问，该如何提供细粒度的鉴权方案？本文将会为大家阐述微服务架构下的安全认证与鉴权方案。

统一身份管理（Unified Identity Manager）

统一身份管理（UIM）是整个平台帐号和权限管控的基础，由此构建的系统称为UIMS（Unified Identity Management System），平台下所有系统的账户管理、身份认证、用户授权、权限控制等行为都经由 UIMS 处理，提供帐号密码管理、基本资料管理、角色权限管理等功能。

UIMS 基于『统一身份治理』的概念，可划分为两级账户体系、基础权限模块和基础信息模块三大模块。其中两级账户体系将账户分为组织实体帐号和个人实体账户两大类，个人实体从属于组织实体，也可以不从属任何组织实体，且个人实体可同时从属于多个组织实体；基础权限模块将各业务系统的资源权限进行统一管理和授权；

基础信息模块用于描述组织实体和个人实体的基本信息，如组织实体名称、地址、法人，个人实体姓名、电话号码、性别等基础信息。UIMS 提供统一的 API 与各子系统连接。众多系统和众多服务都将依赖于 UIMS 。

本文仅涉及 UIMS 下的两级账户体系和基础权限模块这两个模块，据此可以独立出账户管理服务和权限管理服务，也可以合并成一个账户权限管理服务。其中账户管理服务包括业务系统实体、组织实体和个人实体管理、权限管理服务包含认证、授权和鉴权三个部分。

单点登录（SSO）

企业平台涉及众多子系统，为简化各子系统的用户管理，提升用户体验，因此实现 SSO 是统一身份认证的重要目标：一次登录，全部访问。

• 对于企业内部应用来说，SSO 是必须的选项，例如企业 OA、HR、CRM 等内部系统；
• 对于外部应用来说，SSO 是可选项，具体哪个应用应当加入 SSO 系统，由该业务系统决定。

例如，外部商城、物业系统等对外服务系统。无论何种应用是否采用 SSO，UIMS 在技术上应当具备 SSO 的能力。

授权登录

随着平台业务的逐渐增长，依托于平台的，和平台依托的厂商和客户等资源将极大的丰富平台，因此必须构筑开放的生态系统，以支撑业务的进一步发展。可以开放平台级的授权登录功能，以允许第三方应用接入。通过三方授权登录，将平台的服务各能力开发给第三方，并将第三方的服务和能力接入平台，繁荣共生，共同发展。

服务间鉴权

业务系统切分出不同的服务，根据粒度粗细和业务需求不同，服务的数量和权限要求都不同。微服务架构下的身份认证和授权，可分为两种：

• 内部服务的认证和授权；

  • 内部服务处于安全的内网环境之下，例如 BFF 层（Backend For Frontend Layer）的商品服务、订单服务等，在对安全需求不高的情况下，可不执行认证过程，服务与服务之间是相互信任的。

• 外部服务的认证和授权。

  • 外部服务的认证和授权，通常由外部应用发起，通过反向代理或网关向安全边界内的服务发起请求，因此必须执行严格的认证过程。无线端APP、Web端、桌面客户端等外部应用下的各类服务，都属于外部服务。

技术方案

备选方案

提出了统一身份管理系统（UIMS）下关于身份认证和授权部分的主要需求，目前实现统一身份认证和授权的技术手段较多，总体可以归纳为以下两类：

1. 传统的 Cookie + Session 解决方案，有状态会话模式；
2. 基于令牌/票ticket的解决方案，无状态交互模式。

具体有

• 分布式 Session
• OAuth2.0
• CAS

上述方案各有利弊：

分布式 Session

分布式Session是老牌的成熟解决方案，但因其状态化通信的特性与微服务提倡的API导向无状态通信相互违背，且共享式存储存在安全隐患，因此微服务一般不太采用。

分布式 Session

OAuth2.0是业内成熟的授权登录解决方案，然而 OAuth2.0 提供了4种授权模式，能够适应多种场景，作为基于令牌的安全框架，可以广泛用于需要统一身份认证和授权的场景。

一般会采用 JWT 作为令牌的主要标准：JWT（JSON Web Token）是一种简洁的自包含的 JSON 声明规范，因其分散存储和自解签等特点而广泛应用于非集中式认证/授权场景。

由于 JWT 信息是经过签名的，可以确保发送方的真实性，确保信息未经篡改和伪造。但由于其自包含的客户端验签特性，令牌一经签发，即无法撤销，因此单纯采用 JWT 作为统一身份认证和授权方案无法满足帐号统一登出和销毁、帐号封禁和解除这几种类型的需求，所以一般配合 OAuth2.0 一起使用。

关于 JWT 的介绍，CAS 是时下最成熟的开源单点登录方案，包含 CAS Server 和 CAS Client 两部分。

• CAS Server 是一个 war 包需要独立部署，负责用户认证；
• CAS Client 负责处理对客户端受保护资源的访问请求，需要认证时，重定向到 CAS Server。

值得注意的是，CAS 是一个认证框架，其本身定义了一套灵活完整的认证流程，但其兼容主流的认证和授权协议如 OAuth2、SAML、OpenID 等，因此一般采用 CAS + OAuth2 的方案实现 SSO 和授权登录。

关于 CAS 的介绍，请参考 https://apereo.github.io/cas/
在微服务架构下，身份认证和用户授权通常分离出来成为独立的 IDP （Identity Provider）服务。在做技术选型时，应从以下几点考虑：

• 满足 SSO 的技术需求；
• 满足简便性和安全性的需求；
• 满足开放性和扩展性的需求。
• 综合考虑，推荐采用无状态 API 模式，其中基于 OAuth2.0 的方案能够完全满足

客户端 Token 方案

令牌在客户端生成，由身份验证服务进行签名，并且必须包含足够的信息，以便可以在所有微服务中建立用户身份。令牌会附加到每个请求上，为微服务提供用户身份验证，这种解决方案的安全性相对较好，但身份验证注销是一个大问题，缓解这种情况的方法可以使用短期令牌和频繁检查认证服务等。对于客户端令牌的编码方案，Borsos 更喜欢使用 JSON Web Tokens（JWT），它足够简单且库支持程度也比较好。

客户端 Token 与 API 网关结合

这个方案意味着所有请求都通过网关，从而有效地隐藏了微服务。 在请求时，网关将原始用户令牌转换为内部会话 ID 令牌。在这种情况下，注销就不是问题，因为网关可以在注销时撤销用户的令牌。

参考资料

https://www.jianshu.com/p/2571f6a4e192