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Spring Security系列教程28--OAuth2.0协议详解

imodouAbout 17 minSpring Security

Spring Security系列教程28--OAuth2.0协议详解

前言

截止到现在，已经带各位把Spring Security中的主要功能学完了，并且剖析了这些内容的底层实现原理，希望你可以有所收获。

但是在安全认证领域，还有另一种很重要的授权机制---OAuth2.0开放授权。而且OAuth2.0开放授权与Spring Security经常配合使用，这两者之间可以说是“焦不离孟，孟不离焦”的搭配关系，所以为了进一步掌握Spring Security，在这里给大家再介绍另一个OAuth2.0开放授权协议。

OAuth2.0开放授权并不是Spring Security框架里的一部分，只是两者经常配合使用而已，所以我得先给大家普及一下OAuth2.0的内容，毕竟OAuth2.0的内容还是蛮难理解的。

一. OAuth2.0简介

1. OAuth2.0概述

咱们先来看看在RFC6749号文件中对OAuth2.0的定义，如下图所示：

简单来说，OAuth2.0 是一种授权机制，其内部引入了一个授权层，可以分离两种不同的角色：客户端和资源所有者。资源所有者同意客户端(第三方应用程序)的请求以后，资源服务器就可以向客户端颁发短期的进入令牌(token)，用来代替密码，客户端通过这个令牌，去请求有限的资源数据来使用。所以OAuth2.0 的核心就是向第三方应用颁发令牌。

2. OAuth2.0发展历程

OAuth(Open Authorization)--开放授权，这是一种关于开放授权的协议标准。 所谓的OAuth2.0，表示这是OAuth协议第2版，但并不兼容之前的OAuth1.0协议，即现在已经完全废止了OAuth1.0协议。

那么为什么会废止OAuth1.0协议呢？我们先来简单说一下OAuth协议的发展历程。

2007年12月的时候，OAuth协议已经诞生了，并与2010年4月份，被IETF(国际互联网工程任务组)认可并作为认证授权的标准发布。但是这个OAuth1.0协议有些致命缺陷，就是它的签名逻辑特别复杂，开发时对程序员来说极度恶心。而且OAuth1.0的授权流程是很单一，存在较大的漏洞，容易被黑客攻击。所以在2012年10月的时候，IETF又更新发布了OAuth2.0协议，在这个版本中，放弃了之前复杂的数字签名和加密方案，使用HTTPS来作为安全保障手段，这降低了程序员的开发难度。但是OAuth2.0协议与OAuth1.0协议互不兼容，所以现在我们进行开发时，都是采用OAuth2.0协议，而不再采用OAuth1.0协议。

3. OAuth2.0功能

通过上一小节，我们了解到OAuth是一种关于开放授权的协议，该协议其实是一个 服务提供商 授权 第三方应用 获取 资源所有者 部分访问权限 的授权机制。通俗的说，就是OAuth协议允许用户在不提供密码给第三方应用的情况下，使得第三方应用有权获取用户数据等基本信息。在整个授权过程中，第三方应用都不必获取用户的密码，就可以取得用户部分资源的使用权限，所以OAuth是一种安全开发的协议。

比如我们在CSDN上进行登录时，可以利用CSDN这个平台自身注册的账号，也可以使用第三方账号(QQ、微信、微博等)来进行登录，如下图：

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比如我们选择利用QQ账号登录CSDN，如下图：

这时候我们可以打开QQ扫码，或者点击自己的QQ头像，就可以实现利用QQ帐号登录到CSDN这个网站上。在这个过程中，我们其实不必担心自己的QQ密码会泄露给CSDN，因为CSDN是拿不到我们的QQ密码的。

在这个登录过程中，CSDN相对于QQ来说是第三方应用，QQ就是服务提供商。 在QQ内部，会有一个认证服务器作为专门的授权中心，QQ用户的用户名头像等信息都属于资源，这些资源可能会存放在一台专门的资源服务器上，也可能会直接存放在QQ的认证服务器上。当CSDN经过了QQ的认证之后，就可以获取到QQ上的用户昵称、头像、性别等信息，从而实现利用QQ的用户，登录到CSDN的网站上，免除用户重复的注册过程。

4. OAuth2.0使用场景

根据上一小节，我们可以总结一下OAuth2.0的使用场景，大致如下：

  • 第三方应用登录： 比如利用QQ，微博，微信授权登录到其他网站或App。
  • 分布式或微服务项目中授权： 在Java分布式或微服务开发时，后端业务拆分成若干服务，服务之间或前端进行请求调用时，为了安全认证，可以利用OAuth2.0进行认证授权。

二. OAuth2.0核心概念(重点)

1. 核心概念

另外从上面的章节中，我们也了解到OAuth2.0的几个核心概念，如下：

  • 客户端/第三方应用: 获取用户信息， 如果我们使用QQ账号来登录CSDN网站，这时候CSDN相对于QQ来说就是第三方应用，或者成为是QQ的客户端。
  • 服务提供商: 对外提供请求的服务器，比如上面说的QQ。
  • Resource Owner： 资源所有(拥有)者，首先我们要明确“资源”的含义，“资源”是指我们请求的各种URL接口及各种数据，这里的资源所有者，也就是登录用户。
  • Authorization Server： 认证服务器，即服务提供商(比如QQ)专门用来处理认证的服务器。
  • Resource Server： 资源服务器，即服务提供商存放用户资源的服务器。它与认证服务器，可以是同一台服务器，也可以是不同的服务器。
  • Access token: 访问令牌，供客户端用来请求Resource Server(API)的资源，Access token通常是short-lived短暂的。

2. 令牌与密码

在OAuth2.0中，提到了一个令牌的概念，那么令牌是什么？与我们平常所用的密码又有什么区别？其实OAuth中的令牌(token)与密码(password)作用是一样的，都可以控制用户是否可以进入系统，但是有几点不同。

  • 令牌是短期的，到期会自动失效，用户自己无法修改；密码一般是长期有效的，用户不修改，就不会发生变化。
  • 令牌可以被资源所有者撤销，会立即失效；密码一般不允许被他人撤销。
  • 令牌有一定的授权范围(scope)，密码一般是完整权限。

注意：

令牌的出现，既可以让第三方应用获得权限，同时又随时可控，不会危及系统安全。但是只要知道了令牌，就能进入系统，系统一般不会再次确认身份，所以令牌必须保密，泄漏令牌与泄漏密码的后果是一样的。这也是为什么令牌的有效期，一般都设置得很短的原因。

三. OAuth2.0授权流程(重点)

了解完OAuth2.0中的各种基本概念之后，我们需要弄清楚OAuth2.0的授权流程，这样后面才能根据这个授权流程进行开发。

1. 授权流程概述

OAuth 2.0的运行流程如下图，摘自RFC 6749。

我们这里以QQ账号登录CSDN网站为例，给大家说一下OAuth2.0的授权执行流程:

(A). 某个用户(资源拥有者)打开CSDN(客户端)网站以后，CSDN(客户端)要求用户(资源拥有者)给予授权； (B). 如果用户(资源拥有者)同意，就给予CSDN(客户端)授权； (C). CSDN(客户端)使用上一步获得的授权，向QQ的认证授权服务器申请访问令牌Access Token； (D). QQ的认证授权服务器对CSDN(客户端)进行认证，确认无误后，同意发放访问令牌Access Token； (E). CSDN(客户端)使用访问令牌，向QQ的资源服务器申请获取某些受保护的资源； (F). QQ的资源服务器确认访问令牌无误后，同意向CSDN(客户端)开放受保护的资源。

2. 授权流程详解

第一步：在CSDN官网点击选择QQ登录

当我们点击选择QQ登录的图标时，实际上是向CSDN服务器发起了一个

graph.qq.com/oauth2.0/sh…ype=qq的请求，CSDN服务器会响应一个302重定向地址，指向QQ授权登录。这次访问会携带一个pcAuthCallback，以便QQ那边授权成功后，再次让浏览器发起对这个callback的请求，这样QQ就知道授权后要返回到哪个页面。

第二步：跳转到QQ登录页面输入用户名密码，然后点授权并登录

接着浏览器跳转到重定向地址并访问 www.qq.com/authorize?c…** 。

第三步：跳回到CSDN页面，登录成功

这一步背后的过程其实是最繁琐的，但对于用户来说是完全感知不到的。

授权QQ服务器在判断登录成功后，使页面重定向到之前CSDN发来的callback地址并附上code授权码，接着会跳转到QQ的认证服务器发起一个新的请求，获取到AccessToken令牌。获取token成功后，CSDN服务器会用拿到的token换取用户信息，最后将用户信息储存起来，并返回给浏览器其首页的视图，到此OAuth2.0授权结束。

四. OAuth2.0授权方式(重点)

讲解完了OAuth2.0的授权流程，接下来壹哥再给大家介绍另一个重要概念，即OAuth2.0的授权方式。

在RFC 6749标准中定义了获得令牌的四种授权方式(authorization grant)，即 OAuth2.0 有四种获得令牌的方式，我们开发时可以选择最适合自己的那一种，向第三方应用颁发令牌，这四种授权方式如下：

  • 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)

1. 授权码模式

授权码模式(authorization code)，指的是第三方应用先申请一个授权码，然后再用该授权码获取访问令牌的方式。 这种方式是功能最完整、流程最严密的授权模式，也是开发时最常用，安全性最高的授权模式，适用于那些有后端的 Web 应用，比如我们前面介绍的以QQ信息登录到CSDN网站上就是采用授权码模式。授权码由前端发起申请，令牌则储存在后端，而且所有与资源服务器的通信都在后端完成，这样前后端分离，可以避免令牌泄漏。授权码模式执行流程可以分为如下4步：

接下来我把这4步再分开详细说明一下。

(1). 用户请求客户端A，

由客户端A将用户导向认证服务器B请求授权码，假设用户同意授权，认证服务器B会将用户导向客户端A事先指定的"重定向URI"(redirection URI)，同时附上一个授权码。

https://b.com/oauth/authorize?
  response_type=code&
  client_id=CLIENT_ID&
  redirect_uri=CALLBACK_URL&
  scope=read

比如我们前面利用QQ进行登录到CSDN网站时，获取code授权码的url：

https://graph.qq.com/oauth2.0/show?which=Login
    &display=pc
    &client_id=100270988899
    &response_type=code
    &redirect_uri=https://passport.csdn.net/account/login?pcAuthType=qq
    &state=test
  • response_type：授权类型，必选项，为固定值code；
  • client_id: 客户端id，必选项，表示告诉 认证服务器B 是谁在发起请求；
  • redirect_uri：可选项，是 认证服务器B 接受或拒绝请求后的回调网址；
  • scope：可选项，表示要求的授权范围(这里是只读)；
  • state: 客户端状态。

(2). 客户端A收到授权码code，

附上之前的"重定向URI"参数，向认证服务器B申请令牌：GET /oauth/token?response_type=code&client_id=test&redirect_uri=重定向页面链接，请求成功后返回code授权码，一般有效时间是10分钟。

https://a.com/callback?code=AUTHORIZATION_CODE

(3). 客户端A向认证服务器B发起申请令牌的请求，

B会核对授权码和重定向URI，确认无误后，向客户端A返回访问令牌(access token)和更新令牌(refresh token)，POST /oauth/token?response_type=authorization_code&code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA&redirect_uri=重定向页面链接。

https://b.com/oauth/token?
 client_id=CLIENT_ID&
 client_secret=CLIENT_SECRET&
 grant_type=authorization_code&
 code=AUTHORIZATION_CODE&
 redirect_uri=CALLBACK_URL

(4). 认证服务器B 收到请求以后，

就会颁发令牌，向redirect_uri指定的网址，发送一段 JSON 数据:

{    
  "access_token":"ACCESS_TOKEN",
  "token_type":"bearer",
  "expires_in":2592000,
  "refresh_token":"REFRESH_TOKEN",
  "scope":"read",
  "uid":100101,
  "info":{...}
}

2. 简化模式

简化模式(implicit grant type) ，有些 Web 应用只有前端，没有后端，这时就只能将令牌储存在前端浏览器中。所以在RFC 6749中还规定了第二种授权方式，允许直接向前端颁发令牌，因为是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，所以称为 "隐藏(授权码)式implicit"，或者被称为隐式授权模式。

隐式授权模式的客户端一般是指用户浏览器，访问令牌通过重定向的方式传递到用户浏览器中，再通过浏览器的JavaScript代码来获取访问令牌。这种授权方式的所有步骤都是在浏览器中完成，没有通过第三方应用程序的服务器，访问令牌直接暴露在浏览器端，令牌对访问者是可见的，且客户端不需要认证，所以可能会导致访问令牌被黑客获取。该模式适用于对安全性要求不高的应用中，仅适用于需要临时访问的场景。

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流程步骤：

(A). 客户端将用户导向认证服务器； (B). 用户决定是否给于客户端授权； (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； (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。

请求URL：

GET /authorize?response_type=token&client_id=s6BhdRkqt3
    &state=xyz&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb 
    
HTTP/1.1

Host: server.example.com

与授权码模式相比，用户的登录环节是一样的，只是在授权成功之后的重定向上，授权码模式是携带一个认证码，由客户端通过认证码申请访问令牌。而隐式授权模式则直接将访问令牌作为URL的散列部分传递给浏览器，散列部分是专门用于指导浏览器行为的，比如浏览器页面定位的锚点就可以由散列属性来进行判定。

注意

简化授权方式是把令牌直接传递给前端，这是很不安全的。因此，该授权方式适用于一些对安全性要求不高的场景，并且令牌的有效期必须非常短，通常是在会话期间(session)有效，当浏览器关掉，令牌就失效了。

3. 用户名密码模式

密码模式(Resource Owner Password Credentials Grant) ，客户端提供一个专用页面，然后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"服务提供商"索要授权。在这种模式中，用户必须把自己的用户名密码给客户端，但是客户端不得存储密码。该授权模式适用于用户对客户端高度信任的情况下使用，一般不支持refresh token。

执行步骤：

(A). 用户向客户端提供用户名和密码； (B). 客户端将用户名和密码发给认证服务器，向后者请求令牌； (C). 认证服务器确认无误后，向客户端提供访问令牌；

响应信息：

POST /token HTTP/1.1 
Host: server.example.com      
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW      
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded  
grant_type=password&username=johndoe&password=A3ddj3w

注意

用户名密码授权方式需要用户给出自己的用户名/密码，显然风险很大，因此只适用于其他授权方式都无法采用的情况，而且必须是用户高度信任的应用。

4. 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"发起认证。严格地说，客户端模式并不属于OAuth2.0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。

客户端授权模式通常是由客户端提前向授权服务器申请应用公钥、私钥，并通过这些关键信息向授权服务器申请访问令牌，从而得到资源服务器提供的资源，比如常见的微信公众平台、支付宝支付平台授权等。该模式适用于没有前端的命令行应用中，即在命令行下请求令牌。

执行步骤：

(A). 客户端向认证服务器发起身份认证，并要求一个访问令牌； (B). 认证服务器确认无误后，向客户端提供访问令牌。

A步骤中，客户端发出的HTTP请求，包含以下参数：

  • granttype：表示授权类型，此处的值固定为"clientcredentials"，必选项。
  • scope：表示权限范围，可选项。

响应信息：

POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com

Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=client_credentials

#grant_type参数等于client_credentials表示采用凭证式，
#client_id和client_secret用来让 B 确认 A 的身份

注意

这种方式给出的令牌，是针对第三方应用的，而不是针对用户的，即有可能多个用户共享同一个令牌。

希望通过本文的介绍，可以让你对OAuth2.0协议有所掌握，后面我们可以把Spring Security与OAuth2.0结合，实现更灵活的认证授权。

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