第 87 天：Python Web开发 OAuth2.0 简介

Posted 2021-04-24 纯洁的微笑

随着互联网的发展，各种应用相互交叉，到处需要用户登录，信息安全成为了不可回避的问题，应用需要扩展，用户需要更好的体验，信息需要更安全的保障，为了满足这些需求，互联网技术不断推陈出新，从通信安全，到各种协议框架，有无数的解决方案。

其中 OAuth 框架是很闪耀的一个，一经推出，就得到各大互联网公司的积极响应，到2010年推出了 OAuth 2.0, 不但修补了 1.0 的安全漏洞，而且简化了授权流程，得到更广泛的应用，成为了主流。从 PC 到 Web，从移动端到物联网，越来越多的应用构建在 OAuth 框架之上，那么 OAuth 是什么呢？

OAuth 是什么

OAuth 框架提供了一种认证和授权机制，可以让用户将其受保护的资源授权给其他应用来访问或者使用。

阮一峰老师对 授权有个形象比喻：授权机制相当于你给快递员一个临时密码（授权），快递员可以使用这个密码打开小区门禁，将快递送到你家门口，而后临时密码将失效（详见参考链接）。

这个例子中，你就是 用户，小区是 受保护的资源，快递员是其他应用（第三方应用）。

如果没有这个机制：

• 要么你就得去小区门口拿快递，不方便，
• 要么就得告诉所有可能给你送快递的快递员门禁密码，不安全

有了 OAuth 框架(协议)，既方便，又安全

OAuth2.0

这里不打算介绍 OAuth 1.0，原因是:

• OAuth 1.0 存在安全漏洞
• OAuth 1 和 后面的 OAuth 1a 交流流程比较复杂
• OAuth 2.0 安全性好，应用更广泛

如果想了解更多关于 OAuth 的知识，请访问参考链接

角色

OAuth2.0 实际上就是让第三方服务获得用户在资源服务器上的授权的过程，会涉及到 4 种角色

• 资源拥有者（ Resource owner），即用户
• 认证服务器（ Authorization server），用来认证用户凭证，颁布授权码的服务器
• 资源服务器（ Resource Server），存放用户受保护的资源的服务器
• 第三方应用（ Client），也称之为 客户端(后续皆称 客户端)，需要得到用户授权，以便访问用户受保护的资源的应用程序

不是任何客户端都能得到授权的，在开通 OAuth 授权之前，需要先到认证服务器或者资源服务器上注册，注册成功会得到 appid 和 app_secret，用来向认证服务器表明应用的身份

角色之间关联

了解了 OAuth2.0 框架中的主要角色，有必要了解下角色之间关联关系

• 认证服务器 和 资源服务器：通常来说，认证服务器和资源服务器同属于一个服务商，它们就有天生的关联，而且是内部的安全的，甚至它们可以部署在同一个服务器(Web 服务器)上
• 用户 和 服务商：对于像 Github、微信这样的知名应用，用户会主动在这些应用或服务上注册，填写的资料信息，设置的昵称，产生的文章、上传的照片，等等将成为用户的资源，这些资源被存放在资源服务器上
• 客户端 和 服务商：客户端，即第三方应用，要从服务商的资源服务器中获取数据，给用户提供额外服务，必须在服务商处注册，提供应用的基本信息，认证信息，服务域名，申请用户授权的范围、甚至企业资质（例如申请微信公众号的企业服务）等等，申请通过后，服务商会返回   appid  和   app_secret，作为客户端和服务商的交互凭证
• 用户 和 客户端：客户端提供了特别的服务，可以吸引到用户，为了让用户体验更好，引导用户通过授权的方式，从而获取授权范围内的用户信息，例如 Openid，作为用户在客户端上的唯一标识，从而建立起和用户的关联

至此，四个角色之间的关联就建立好了，下面开始介绍具体的授权方式

基本授权流程

没有比图更能说明白流程的，借用 RFC6749 文档中的图:

授权流程图

• A 客户端，向用户发出授权请求
• B 用户同意或者拒绝客户端的授权请求，假设是同意
• C 客户端拿着用户的授权请求认证服务器做认证
• D 如果 C 通过认证，认证服务器将返回   Access Token，即可以访问资源的令牌
• E 客户端使用   Access Token  请求资源服务器上的资源
• F 资源服务器验证了   Access Token  后，返回受保护的资源

流程中最核心的是让客户端获得 Access Token，之后在访问受保护资源时，就不需要用户反复授权了

Access Token 显然不是用户在资源服务器上的密码，是有认证服务器颁发的，那么也可以被销毁

Access Token 和之前课程中的 JWT 是类似的，实际上 JWT 是 OAuth 认证的一个特例

授权模式

根据授权流程，OAuth2.0 定义了 4 种针对不同应用场景的授权模式

• 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）

授权码模式

授权码模式是最完整，安全性最高的授权模式，也是最常用的一种模式，其特点是通过客户端的后台服务器与认证服务器交互，如图:

授权码模式流程图

注意：上图中的步骤 A, B, C 在通过用户代理端( User-Agent 一般指浏览器)时，被拆分成了两部分

• A 用户访问客户端的客户端，后者将前者导向认证服务器
• B 用户确定是否授权给客户端
• 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，通过后台服务器，附上早先的"重定向URI"，向认证服务器申请令牌。这一步对用户不可见
• 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）

接下来说明一下过程中所包含一下参数

不同认证服务器上的参数名称有可能不同，但含义相同，例如 client_id 一般被 appid 代替

步骤 A，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，因为需要先获取授权码
• client_id：表示客户端的ID，必选项，是在认证服务器分配给客户端的id，即 appid
• 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

步骤 C，认证服务器回应的 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，否则会被认证服务器拒绝。 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

步骤 D，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

步骤 E，认证服务器发送的 HTTP 响应，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

认证服务器会以 JSON 的形式返回 access_token 数据，且不允许做缓存，以提高安全性

简化模式

简化模式不需要通过客户端后台服务器，直接在浏览器中向认证服务器申请令牌，跳过了授权码这个步骤，因此得名。所有步骤在浏览器中完成，令牌对访问者是可见的，且客户端不需要认证，如图：

简化模式流程图

• A 客户端将用户导向认证服务器
• B 用户决定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指定的 重定向URI，并在URI的Hash部分包含了访问令牌   access_token
• D 浏览器向资源服务器发出请求，其中不包括上一步收到的Hash值
• E 资源服务器返回一个网页，其中包含的代码可以获取Hash值中的令牌
• F 浏览器执行上一步获得的脚本，提取出令牌
• G 浏览器将令牌发给客户端

接下来说明一下过程中所包含一下参数

步骤 A，客户端发送 HTTP 请求，包含的参数：

• response_type：表示授权类型，此处的值固定为   token，必选项
• client_id：表示客户端的ID，必选项
• redirect_uri：表示重定向的URI，可选项
• scope：表示权限范围，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

步骤 C，认证服务器回应客户端的 URI，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
• 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
• 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
• 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

有个需要注意的地方，步骤 C，返回的 access_token 放在重定向 URL 的 Fragment 中，即锚点中， # 后面，例如

http://example.com/cb#access_token=2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA &state=xyz&token_type=example&expires_in=3600

因为锚点中的内容不会发送给后台，从而减少了一次数据传输，降低了一定风险

对于简化模式获得的 access_token 有效期很短，一般是会话级的，即当会话结束时就失效

密码模式

密码模式中，用户向客户端提供自己的用户名和密码，客户端使用这些信息，向"服务商提供商"索要授权。

在这种模式中，用户必须把自己的密码给客户端，但是客户端不得储存密码（既然用户信任你，你就必须兑现这个承诺）。

密码模式的特性决定，需要用在用户对客户端高度信任的情况下，比如客户端是操作系统的一部分，或者由一个著名公司出品，而认证服务器只有在其他授权模式无法执行的情况下，才能考虑使用这种模式

这里只简单介绍下，不做做详细讲解，如有兴趣了解，可以查阅文末参考

客户端模式

客户端模式指客户端以自己的名义，而不是以用户的名义，向"服务提供商"进行认证。严格地说，客户端模式并不属于 OAuth 框架所要解决的问题

在这种模式中，用户直接向客户端注册，客户端以自己的名义要求"服务提供商"提供服务，其实不存在授权问题

客户端模式，就像二道贩子（只为借用比喻，并无贬义），将原始服务包装后，再提供给最终用户，常见于多租户的 Saas 系统，例如统一提供支付通道、处理 GPS 信息等

这里也只简单介绍下，如有兴趣了解，可以查阅文末参考

刷新 access_token

在 授权码模式中，授权服务器可以会同时返回 refresh_token，用来在 access_token 过期前，重新获取新的access_token，不需要用户重新确认授权，有助于提高用户体验

https://b.com/oauth/token? grant_type=refresh_token& client_id=CLIENT_ID& client_secret=CLIENT_SECRET& refresh_token=REFRESH_TOKEN

• grant_type: 授权类型，值为 'refresh_token'
• client_id: 客户端 id，即第三方应用在授权服务器上注册被分配的 id
• client_secret: 客户端和授权服务器通行的密钥，由授权服务器颁发，在特殊需要确认的情况下需要作为验证条件
• refresh_token: 用户获取新的   access_token  的   refresh_token

安全的 OAuth2.0

上面较为详细的讲述了 OAuth2.0 框架，了解了在开放网络中如何安全的获取用户授权的技术细节，但再完善的交互方案、再复杂的严密的通信过程，都避免不了中间人攻击，当客户端和认证服务器之间通过 http 协议交互数据时，会被截取通信内容，从而获得用户的授权，这是不能接受的，所以 OAuth2.0 需要建立在 https 协议上，将通信内容加密，最大程度的防止信息被窃取。

如果 OAuth2.0 框架用在敏感信息交互上时，必须使用 https 协议确保安全，但并不是说只能支持 https，对于非敏感数据，或者不重要的授权，可以使用 http 协议作为通信方式

总结

本节课程着重介绍了 OAuth2.0 授权框架，从它的作用，到具体的技术细节，做了较为详细的讲述，如果需要用安全的授权，需要将通信建立在 https 协议之上。由于 OAuth 概念较多，流程复杂，这节没有涉及到具体的编程实践，下一节，我们以 Github 为例，使用之前介绍过的 Authlib 模块，用 Flash 实现一个第三方应用，作为实践，敬请期待

参考

• RFC 6749: https://tools.ietf.org/html/rfc6749
• 比喻: http://www.ruanyifeng.com/blog/2019/04/oauth_design.html
• http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/05/oauth_2_0.html
• https://docs.authlib.org/en/stable/basic/oauth2.html

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