java实现简单的单点登录

Posted 2021-04-27 Java交流学习平台

摘要：单点登录（SSO）的技术被越来越广泛地运用到各个领域的软件系统当中。本文从业务的角度分析了单点登录的需求和应用领域；从技术本身的角度分析了单点登录技术的内部机制和实现手段，并且给出Web-SSO和桌面SSO的实现、源代码和详细讲解；还从安全和性能的角度对现有的实现技术进行进一步分析，指出相应的风险和需要改进的方面。本文除了从多个方面和角度给出了对单点登录（SSO）的全面分析，还并且讨论了如何将现有的应用和SSO服务结合起来，能够帮助应用架构师和系统分析人员从本质上认识单点登录，从而更好地设计出符合需要的安全架构。

关键字：SSO, Java, J2EE, JAAS

1 什么是单点登陆

单点登录（Single Sign On），简称为 SSO，是目前比较流行的企业业务整合的解决方案之一。SSO的定义是在多个应用系统中，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。

较大的企业内部，一般都有很多的业务支持系统为其提供相应的管理和IT服 务。例如财务系统为财务人员提供财务的管理、计算和报表服务；人事系统为人事部门提供全公司人员的维护服务；各种业务系统为公司内部不同的业务提供不同的 服务等等。这些系统的目的都是让计算机来进行复杂繁琐的计算工作，来替代人力的手工劳动，提高工作效率和质量。这些不同的系统往往是在不同的时期建设起来 的，运行在不同的平台上；也许是由不同厂商开发，使用了各种不同的技术和标准。如果举例说国内一著名的IT公司（名字隐去），内部共有60多个业务系统，这些系统包括两个不同版本的SAP的ERP系统，12个不同类型和版本的数据库系统，8个不同类型和版本的操作系统，以及使用了3种不同的防火墙技术，还有数十种互相不能兼容的协议和标准，你相信吗？不要怀疑，这种情况其实非常普遍。每一个应用系统在运行了数年以后，都会成为不可替换的企业IT架构的一部分，如下图所示。

随 着企业的发展，业务系统的数量在不断的增加，老的系统却不能轻易的替换，这会带来很多的开销。其一是管理上的开销，需要维护的系统越来越多。很多系统的数 据是相互冗余和重复的，数据的不一致性会给管理工作带来很大的压力。业务和业务之间的相关性也越来越大，例如公司的计费系统和财务系统，财务系统和人事系 统之间都不可避免的有着密切的关系。

为了降低管理的消耗，最大限度的重用已有投资的系统，很多企业都在进行着企业应用集成（EAI）。 企业应用集成可以在不同层面上进行：例如在数据存储层面上的“数据大集中”，在传输层面上的“通用数据交换平台”，在应用层面上的“业务流程整合”，和用 户界面上的“通用企业门户”等等。事实上，还用一个层面上的集成变得越来越重要，那就是“身份认证”的整合，也就是“单点登录”。

通常来说，每个单独的系统都会有自己的安全体系和身份认证系统。整合以前，进入每个系统都需要进行登录，这样的局面不仅给管理上带来了很大的困难，在安全方面也埋下了重大的隐患。下面是一些著名的调查公司显示的统计数据：

• 用户每天平均 16 分钟花在身份验证任务上 - 资料来源： IDS

• 频繁的 IT 用户平均有 21 个密码 - 资料来源： NTA Monitor Password Survey

• 49% 的人写下了其密码，而 67% 的人很少改变它们

• 每 79 秒出现一起身份被窃事件 - 资料来源：National Small Business Travel Assoc

• 全球欺骗损失每年约 12B - 资料来源：Comm Fraud Control Assoc

• 到 2007 年，身份管理市场将成倍增长至 $4.5B - 资料来源：IDS

 

使用“单点登录”整合后，只需要登录一次就可以进入多个系统，而不需要重新登录，这不仅仅带来了更好的用户体验，更重要的是降低了安全的风险和管理的消耗。请看下面的统计数据：

• 提高 IT 效率：对于每 1000 个受管用户，每用户可节省$70K

• 帮助台呼叫减少至少1/3，对于 10K 员工的公司，每年可以节省每用户 $75，或者合计 $648K

• 生产力提高：每个新员工可节省 $1K，每个老员工可节省 $350 �资料来源：Giga

• ROI 回报：7.5 到 13 个月 �资料来源：Gartner

 

另外，使用“单点登录”还是SOA时代的需求之一。在面向服务的架构中，服务和服务之间，程序和程序之间的通讯大量存在，服务之间的安全认证是SOA应用的难点之一，应此建立“单点登录”的系统体系能够大大简化SOA的安全问题，提高服务之间的合作效率。

2 单点登陆的技术实现机制

随着SSO技术的流行，SSO的产品也是满天飞扬。所有著名的软件厂商都提供了相应的解决方案。在这里我并不想介绍自己公司（Sun Microsystems）的产品，而是对SSO技术本身进行解析，并且提供自己开发这一类产品的方法和简单演示。有关我写这篇文章的目的，请参考我的博客（）。

单 点登录的机制其实是比较简单的，用一个现实中的例子做比较。颐和园是北京著名的旅游景点，也是我常去的地方。在颐和园内部有许多独立的景点，例如“苏州 街”、“佛香阁”和“德和园”，都可以在各个景点门口单独买票。很多游客需要游玩所有德景点，这种买票方式很不方便，需要在每个景点门口排队买票，钱包拿 进拿出的，容易丢失，很不安全。于是绝大多数游客选择在大门口买一张通票（也叫套票），就可以玩遍所有的景点而不需要重新再买票。他们只需要在每个景点门 口出示一下刚才买的套票就能够被允许进入每个独立的景点。

单点登录的机制也一样，如下图所示，当用户第一次访问应用系统1的时候，因为还没有登录，会被引导到认证系统中进行登录（1）；根据用户提供的登录信息，认证系统进行身份效验，如果通过效验，应该返回给用户一个认证的凭据－－ticket（2）；用户再访问别的应用的时候（3，5）就会将这个ticket带上，作为自己认证的凭据，应用系统接受到请求之后会把ticket送到认证系统进行效验，检查ticket的合法性（4，6）。如果通过效验，用户就可以在不用再次登录的情况下访问应用系统2和应用系统3了。

从上面的视图可以看出，要实现SSO，需要以下主要的功能：

• 所有应用系统共享一个身份认证系统。
     统一的认证系统是SSO的前提之一。认证系统的主要功能是将用户的登录信息和用户信息库相比较，对用户进行登录认证；认证成功后，认证系统应该生成统一的认证标志（ticket），返还给用户。另外，认证系统还应该对ticket进行效验，判断其有效性。

• 所有应用系统能够识别和提取ticket信息
     要实现SSO的功能，让用户只登录一次，就必须让应用系统能够识别已经登录过的用户。应用系统应该能对ticket进行识别和提取，通过与认证系统的通讯，能自动判断当前用户是否登录过，从而完成单点登录的功能。

 

上面的功能只是一个非常简单的SSO架构，在现实情况下的SSO有着更加复杂的结构。有两点需要指出的是：

• 单一的用户信息数据库并不是必须的，有许多系统不能将所有的用户信息都集中存储，应该允许用户信息放置在不同的存储中，如下图所示。事实上，只要统一认证系统，统一ticket的产生和效验，无论用户信息存储在什么地方，都能实现单点登录。

 

• 统一的认证系统并不是说只有单个的认证服务器，如下图所示，整个系统可以存在两个以上的认证服务器，这些服务器甚至可以是不同的产品。认证服务器之间要通过标准的通讯协议，互相交换认证信息，就能完成更高级别的单点登录。如下图，当用户在访问应用系统1时，由第一个认证服务器进行认证后，得到由此服务器产生的ticket。当他访问应用系统4的时候，认证服务器2能够识别此ticket是由第一个服务器产生的，通过认证服务器之间标准的通讯协议（例如SAML）来交换认证信息，仍然能够完成SSO的功能。

 

3 WEB-SSO的实现

随着互联网的高速发展，WEB应用几乎统治了绝大部分的软件应用系统，因此WEB-SSO是SSO应用当中最为流行。WEB-SSO有其自身的特点和优势，实现起来比较简单易用。很多商业软件和开源软件都有对WEB-SSO的实现。其中值得一提的是OpenSSO （），为用Java实现WEB-SSO提供架构指南和服务指南，为用户自己来实现WEB-SSO提供了理论的依据和实现的方法。

为什么说WEB-SSO比较容易实现呢？这是有WEB应用自身的特点决定的。

但是我们通常的应用是有状态的。先不用提不同应用之间的SSO，在同一个应用中也需要保存用户的登录身份信息。例如用户在访问页面1的时候进行了登录，但是刚才也提到，客户端的每个请求都是单独的连接，当客户再次访问页面2的时候，如何才能告诉Web服务器，客户刚才已经登录过了呢？浏览器和服务器之间有约定：通过使用cookie技术来维护应用的状态。Cookie是可以被Web服务器设置的字符串，并且可以保存在浏览器中。如下图所示，当浏览器访问了页面1时，web服务器设置了一个cookie，并将这个cookie和页面1一起返回给浏览器，浏览器接到cookie之后，就会保存起来，在它访问页面2的时候会把这个cookie也带上，Web服务器接到请求时也能读出cookie的值，根据cookie值的内容就可以判断和恢复一些用户的信息状态。

Web-SSO完全可以利用Cookie结束来完成用户登录信息的保存，将浏览器中的Cookie和上文中的Ticket结合起来，完成SSO的功能。

 

为了完成一个简单的SSO的功能，需要两个部分的合作：

1. 统一的身份认证服务。

2. 修改Web应用，使得每个应用都通过这个统一的认证服务来进行身份效验。

3.1 Web SSO 的样例

 

样例下载、安装部署和运行指南：

• Web-SSO的样例是由三个标准Web应用组成，压缩成三个zip文件，从/中下载。其中SSOAuth（）是身份认证服务；SSOWebDemo1（）和SSOWebDemo2（）是两个用来演示单点登录的Web应用。这三个Web应用之所以没有打成war包，是因为它们不能直接部署，根据读者的部署环境需要作出小小的修改。样例部署和运行的环境有一定的要求，需要符合Servlet2.3以上标准的J2EE容器才能运行（例如Tomcat5,Sun Application Server 8, Jboss 4等）。另外，身份认证服务需要JDK1.5的运行环境。之所以要用JDK1.5是因为笔者使用了一个线程安全的高性能的Java集合类“ConcurrentMap”，只有在JDK1.5中才有。

• 这三个Web应用完全可以单独部署，它们可以分别部署在不同的机器，不同的操作系统和不同的J2EE的产品上，它们完全是标准的和平台无关的应用。但是有一个限制，那两台部署应用（demo1、demo2）的机器的域名需要相同，这在后面的章节中会解释到cookie和domain的关系以及如何制作跨域的WEB-SSO

• 解压缩SSOWebDemo1和SSOWebDemo2文件，分别在它们/WEB-INF/下找到web.xml文件，请修改其中的几个初始化参数
     <init-param>
     <param-name>SSOServiceURL</param-name>
     <param-value></param-value>
     </init-param>
     <init-param>
     <param-name>SSOLoginPage</param-name>
     <param-value></param-value>
     </init-param>
     将其中的SSOServiceURL和SSOLoginPage修改成部署SSOAuth应用的机器名、端口号以及根路径（缺省是SSOAuth）以反映实际的部署情况。设置完后，根据你所选择的J2EE容器，可能需要将SSOWebDemo1和SSOWebDemo2这两个目录压缩打包成两个war文件。用“jar -cvf SSOWebDemo1.war SSOWebDemo1/”就可以完成这个功能。

• 请输入第一个web应用的测试URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo1/test.jsp，如果是第一次访问，便会自动跳转到登录界面，如下图
     
     

• 使用系统自带的三个帐号之一登录（例如，用户名：wangyu,密码：wangyu），便能成功的看到test.jsp的内容：显示当前用户名和欢迎信息。
     

• 请接着在同一个浏览器中输入第二个web应用的测试URL（test.jsp）,例如http://wangyu.prc.sun.com:8080/ SSOWebDemo2/test.jsp。你会发现，不需要再次登录就能看到test.jsp的内容，同样是显示当前用户名和欢迎信息，而且欢迎信息中明确的显示当前的应用名称（demo2）。

             

3.2 WEB-SSO代码讲解

3.2.1身份认证服务代码解析

SSOAuth的代码如下面的列表显示，结构非常简单，先看看这个Servlet的主体部分：

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();         }     }   .....   }

 

从代码很容易看出，SSOAuth就是一个简单的Servlet。其中有两个静态成员变量：accounts和SSOIDs，这两个成员变量都使用了JDK1.5中线程安全的MAP类： ConcurrentMap，所以这个样例一定要JDK1.5才能运行。Accounts用来存放用户的用户名和密码，在init()的方法中可以看到我给系统添加了三个合法的用户。在实际应用中，accounts应该是去数据库中或LDAP中获得，为了简单起见，在本样例中我使用了ConcurrentMap在内存中用程序创建了三个用户。而SSOIDs保存了在用户成功的登录后所产生的cookie和用户名的对应关系。它的功能显而易见：当用户成功登录以后，再次访问别的系统，为了鉴别这个用户请求所带的cookie的有效性，需要到SSOIDs中检查这样的映射关系是否存在。

 

在主要的请求处理方法processRequest()中，可以很清楚的看到SSOAuth的所有功能

1. 如果用户还没有登录过，是第一次登录本系统，会被跳转到login.jsp页面（在后面会解释如何跳转）。用户在提供了用户名和密码以后，就会用handlerFromLogin()这个方法来验证。

2. 如果用户已经登录过本系统，再访问别的应用的时候，是不需要再次登录的。因为浏览器会将第一次登录时产生的cookie和请求一起发送。效验cookie的有效性是SSOAuth的主要功能之一。

3. SSOAuth还能直接效验非login.jsp页面过来的用户名和密码的效验请求。这个功能是用于非web应用的SSO，这在后面的桌面SSO中会用到。

4. SSOAuth还提供logout服务。

 

下面看看几个主要的功能函数：

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();             }         }       }

handlerFromLogin()这个方法是用来处理来自login.jsp的登录请求。它的逻辑很简单：将用户输入的用户名和密码与预先设定好的用户集合（存放在accounts中）相比较，如果用户名或密码不匹配的话，则返回登录失败的页面（failed.html），如果登录成功的话，需要为用户当前的session创建一个新的ID，并将这个ID和用户名的映射关系存放到SSOIDs中，最后还要将这个ID设置为浏览器能够保存的cookie值。

登录成功后，浏览器会到哪个页面呢？那我们回顾一下我们是如何使用身份认证服务的。一般来说我们不会直接访问身份服务的任何URL，包括login.jsp。身份服务是用来保护其他应用服务的，用户一般在访问一个受SSOAuth保护的Web应用的某个URL时，当前这个应用会发现当前的用户还没有登录，便强制将也页面转向SSOAuth的login.jsp，让用户登录。如果登录成功后，应该自动的将用户的浏览器指向用户最初想访问的那个URL。在handlerFromLogin()这个方法中，我们通过接收“goto”这个参数来保存用户最初访问的URL，成功后便重新定向到这个页面中。

另外一个要说明的是，在设置cookie的时候，我使用了一个setMaxAge(6000)的方法。这个方法是用来设置cookie的有效期，单位是秒。如果不使用这个方法或者参数为负数的话，当浏览器关闭的时候，这个cookie就失效了。在这里我给了很大的值（1000分钟），导致的行为是：当你关闭浏览器（或者关机），下次再打开浏览器访问刚才的应用，只要在1000分钟之内，就不需要再登录了。我这样做是下面要介绍的桌面SSO中所需要的功能。

其他的方法更加简单，这里就不多解释了。