OpenID Connect 协议入门指南

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OpenID Connect 协议入门指南

登高且赋 2017-06-23 16:21:00 浏览1030
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如果要谈单点登录和身份认证,就不得不谈OpenID Connect (OIDC)。最典型的使用实例就是使用Google账户登录其他应用,这一经典的协议模式,为其他厂商的第三方登录起到了标杆的作用,被广泛参考和使用。

相关阅读:
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1. OpenID Connect简介

OpenID Connect是基于OAuth 2.0规范族的可互操作的身份验证协议。它使用简单的REST / JSON消息流来实现,和之前任何一种身份认证协议相比,开发者可以轻松集成。

OpenID Connect允许开发者验证跨网站和应用的用户,而无需拥有和管理密码文件。OpenID Connect允许所有类型的客户,包括基于浏览器的JavaScript和本机移动应用程序,启动登录流动和接收可验证断言对登录用户的身份。

2. OpenID的历史是什么?

OpenID Connect是OpenID的第三代技术。首先是原始的OpenID,它不是商业应用,但让行业领导者思考什么是可能的。OpenID 2.0设计更为完善,提供良好的安全性保证。然而,其自身存在一些设计上的局限性,最致命的是其中依赖方必须是网页,但不能是本机应用程序;此外它还要依赖XML,这些都会导致一些应用问题。

OpenID Connect的目标是让更多的开发者使用,并扩大其使用范围。幸运的是,这个目标并不遥远,现在有很好的商业和开源库来帮助实现身份验证机制。

3. OIDC基础

简要而言,OIDC是一种安全机制,用于应用连接到身份认证服务器(Identity Service)获取用户信息,并将这些信息以安全可靠的方法返回给应用。

在最初,因为OpenID1/2经常和OAuth协议(一种授权协议)一起提及,所以二者经常被搞混。

  • OpenIDAuthentication,即认证,对用户的身份进行认证,判断其身份是否有效,也就是让网站知道“你是你所声称的那个用户”;
  • OAuthAuthorization,即授权,在已知用户身份合法的情况下,经用户授权来允许某些操作,也就是让网站知道“你能被允许做那些事情”。
    由此可知,授权要在认证之后进行,只有确定用户身份只有才能授权。

(身份验证)+ OAuth 2.0 = OpenID Connect

OpenID Connect是“认证”和“授权”的结合,因为其基于OAuth协议,所以OpenID-Connect协议中也包含了client_idclient_secret还有redirect_uri等字段标识。这些信息被保存在“身份认证服务器”,以确保特定的客户端收到的信息只来自于合法的应用平台。这样做是目的是为了防止client_id泄露而造成的恶意网站发起的OIDC流程。

举个例子。某个用户使用Facebook应用“What online quiz best describes you?” ,该应用可以通过Facebook账号登录,则你可以在应用中发起请求到“身份认证服务器”(也就是Facebook的服务器)请求登录。这时你会看到如下界面,询问是否授权。

image.png

OAuth中,这些授权被称为scopeOpenID-Connect也有自己特殊的scope--openid ,它必须在第一次请求“身份鉴别服务器”(Identity Provider,简称IDP)时发送过去。

4. OIDC流程

OAuth2提供了Access Token来解决授权第三方客户端访问受保护资源的问题;相似的,OIDC在这个基础上提供了ID Token来解决第三方客户端标识用户身份认证的问题。OIDC的核心在于在OAuth2的授权流程中,一并提供用户的身份认证信息(ID-Token)给到第三方客户端,ID-Token使用JWT格式来包装,得益于JWTJSON Web Token)的自包含性,紧凑性以及防篡改机制,使得ID-Token可以安全的传递给第三方客户端程序并且容易被验证。应有服务器,在验证ID-Token正确只有,使用Access-TokenUserInfo的接口换取用户的更多的信息。

有上述可知,OIDC是遵循OAuth协议流程,在申请Access-Token的同时,也返回了ID-Token来验证用户身份。

4.1 相关定义

  • EU:End User,用户。
  • RP:Relying Party ,用来代指OAuth2中的受信任的客户端,身份认证和授权信息的消费方;
  • OP:OpenID Provider,有能力提供EU身份认证的服务方(比如OAuth2中的授权服务),用来为RP提供EU的身份认证信息;
  • ID-Token:JWT格式的数据,包含EU身份认证的信息。
  • UserInfo Endpoint:用户信息接口(受OAuth2保护),当RP使用ID-Token访问时,返回授权用户的信息,此接口必须使用HTTPS

下面我们来看看OIDC的具体协议流程。
根据应用客户端的不同,OIDC的工作模式也应该是不同的。和OAuth类似,主要看是否客户端能保证client_secret的安全性。

如果是JS应用,其所有的代码都会被加载到浏览器而暴露出来,没有后端可以保证client_secret的安全性,则需要是使用默认模式流程(Implicit Flow)。

如果是传统的客户端应用,后端代码和用户是隔离的,能保证client_secret的不被泄露,就可以使用授权码模式流程(Authentication Flow)。

此外还有混合模式流程(Hybrid Flow),简而言之就是以上二者的融合。

OAuth2中还有口令模式和“应有访问模式”的方式来获取Access Token(关于OAuth2的内容,可以参见OAuth2.0 协议入门指南),为什么OIDC没有扩展这些方式呢?
"口令模式"是需要用户提供账号和口令给RP的,既然都已经有用户名和口令了,就不需要在获取什么用户身份了。至于“应有访问模式”,这种方式不需要用户参与,也就无需要认证和获取用户身份了。这也能反映授权和认证的差异,以及只使用OAuth2来做身份认证的事情是远远不够的,也是不合适的。

4.2 授权码模式流程

授权码模式流程

OAuth认证流程类似

  1. RP发送一个认证请求给OP,其中附带client_id
  2. OP对EU进行身份认证;
  3. OP返回响应,发送授权码给RP;
  4. RP使用授权码向OP索要ID-Token和Access-Token,RP验证无误后返回给RP;
  5. RP使用Access-Token发送一个请求到UserInfo EndPoint; UserInfo EndPoint返回EU的Claims。

4.2.1 基于Authorization Code的认证请求

RP使用OAuth2的Authorization-Code的方式来完成用户身份认证,所有的Token都是通过OP的Token EndPoint(OAuth2中定义)来发放的。构建一个OIDC的Authentication Request需要提供如下的参数:

  • scope:必须。OIDC的请求必须包含值为“openid”的scope的参数。
  • response_type:必选。同OAuth2。
  • client_id:必选。同OAuth2。
  • redirect_uri:必选。同OAuth2。
  • state:推荐。同OAuth2。防止CSRF, XSRF。

示例如下:

GET /authorize?
    response_type=code
    &scope=openid%20profile%20email
    &client_id=s6BhdRkqt3
    &state=af0ifjsldkj
    &redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient.example.org%2Fcb HTTP/1.1
  Host: server.example.com

4.2.2 基于Authorization Code的认证请求的响应

在OP接收到认证请求之后,需要对请求参数做严格的验证,具体的规则参见http://openid.net/specs/openid-connect-core-1_0.html#AuthRequestValidation,验证通过后引导EU进行身份认证并且同意授权。在这一切都完成后,会重定向到RP指定的回调地址(redirect_uri),并且把codestate参数传递过去。比如:

  HTTP/1.1 302 Found
  Location: https://client.example.org/cb?
    code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
    &state=af0ifjsldkj

4.2.3 获取ID Token

RP使用上一步获得的code来请求Token EndPoint,这一步桶OAuth2,就不再展开细说了。然后Token EndPoint会返回响应的Token,其中除了OAuth2规定的部分数据外,还会附加一个id_token的字段。id_token字段就是上面提到的ID Token。例如:

  HTTP/1.1 200 OK
  Content-Type: application/json
  Cache-Control: no-store
  Pragma: no-cache

  {
   "access_token": "SlAV32hkKG",
   "token_type": "Bearer",
   "refresh_token": "8xLOxBtZp8",
   "expires_in": 3600,
   "id_token": "eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IjFlOWdkazcifQ.ewogImlzc
     yI6ICJodHRwOi8vc2VydmVyLmV4YW1wbGUuY29tIiwKICJzdWIiOiAiMjQ4Mjg5
     NzYxMDAxIiwKICJhdWQiOiAiczZCaGRSa3F0MyIsCiAibm9uY2UiOiAibi0wUzZ
     fV3pBMk1qIiwKICJleHAiOiAxMzExMjgxOTcwLAogImlhdCI6IDEzMTEyODA5Nz
     AKfQ.ggW8hZ1EuVLuxNuuIJKX_V8a_OMXzR0EHR9R6jgdqrOOF4daGU96Sr_P6q
     Jp6IcmD3HP99Obi1PRs-cwh3LO-p146waJ8IhehcwL7F09JdijmBqkvPeB2T9CJ
     NqeGpe-gccMg4vfKjkM8FcGvnzZUN4_KSP0aAp1tOJ1zZwgjxqGByKHiOtX7Tpd
     QyHE5lcMiKPXfEIQILVq0pc_E2DzL7emopWoaoZTF_m0_N0YzFC6g6EJbOEoRoS
     K5hoDalrcvRYLSrQAZZKflyuVCyixEoV9GfNQC3_osjzw2PAithfubEEBLuVVk4
     XUVrWOLrLl0nx7RkKU8NXNHq-rvKMzqg"
  }

其中看起来一堆乱码的部分就是JWT格式的ID-Token。在RP拿到这些信息之后,需要对id_token以及access_token进行验证(具体的规则参见http://openid.net/specs/openid-connect-core-1_0.html#IDTokenValidationhttp://openid.net/specs/openid-connect-core-1_0.html#ImplicitTokenValidation)。至此,可以说用户身份认证就可以完成了,后续可以根据UserInfo EndPoint获取更完整的信息。

4.2.4 安全令牌 ID-Token

上面提到过OIDCOAuth2最主要的扩展就是提供了ID-Token。下面我们就来看看ID-Token的主要构成:

  • iss = Issuer Identifier:必须。提供认证信息者的唯一标识。一般是Url的host+path部分;
  • sub = Subject Identifier:必须。iss提供的EU的唯一标识;最长为255个ASCII个字符;
  • aud = Audience(s):必须。标识ID-Token的受众。必须包含OAuth2的client_id;
  • exp = Expiration time:必须。ID-Token的过期时间;
  • iat = Issued At Time:必须。JWT的构建的时间。
  • auth_time = AuthenticationTime:EU完成认证的时间。如果RP发送认证请求的时候携带max_age的参数,则此Claim是必须的。
  • nonce:RP发送请求的时候提供的随机字符串,用来减缓重放攻击,也可以来关联ID-Token和RP本身的Session信息。
  • acr = Authentication Context Class Reference:可选。表示一个认证上下文引用值,可以用来标识认证上下文类。
  • amr = Authentication Methods References:可选。表示一组认证方法。
  • azp = Authorized party:可选。结合aud使用。只有在被认证的一方和受众(aud)不一致时才使用此值,一般情况下很少使用。
{
   "iss": "https://server.example.com",
   "sub": "24400320",
   "aud": "s6BhdRkqt3",
   "nonce": "n-0S6_WzA2Mj",
   "exp": 1311281970,
   "iat": 1311280970,
   "auth_time": 1311280969,
   "acr": "urn:mace:incommon:iap:silver"
  }

另外ID Token必须使用JWT(JSON Web Token)进行签名和JWE(JSON Web Encryption)加密,从而提供认证的完整性、不可否认性以及可选的保密性。关于JWT的更多内容,请参看JSON Web Token - 在Web应用间安全地传递信息

4.2 默认模式流程

默认模式流程

默认流程和OAuth中的类似,只不过也是添加了ID-Token的相关内容。

这里需要说明的是:OIDC的说明文档里很明确的说明了用户的相关信息都要使用JWT形式编码。在JWT中,不应该在载荷里面加入任何敏感的数据。如果传输的是用户的User ID。这个值实际上不是什么敏感内容,一般情况下被知道也是安全的。

但是现在工业界已经不推荐使用OAuth默认模式,而推荐使用不带client_Secret授权码模式

4.3 混合模式

混合模式简而言之就是以上提到的两种模式的混合,不过也有一些小的改变,就是允许直接向客户端返回Access-Token

业界普遍认为,后端传递Token(比如服务器之间通信)要比前端(比如页面之间)可靠,所以如果直接返回令牌的情况下会把令牌的过期时间设置较短,但是比较

UserInfo Endpoint

可能有的读者发现了,ID-Token只有sub是和EU相关的,这在一般情况下是不够的,必须还需要EU的用户名,头像等其他的资料,OIDC提供了一组公共的cliams,来提供更多用户的信息,这就是——UserIndo EndPoin。

在RP得到Access Token后可以请求此资源,然后获得一组EU相关的Claims,这些信息可以说是ID-Token的扩展,ID-Token中只需包含EU的唯一标识sub即可(避免ID Token过于庞大和暴露用户敏感信息),然后在通过此接口获取完整的EU的信息。此资源必须部署在TLS之上,例如:

  GET /userinfo HTTP/1.1
  Host: server.example.com
  Authorization: Bearer SlAV32hkKG

成功之后响应如下:

  HTTP/1.1 200 OK
  Content-Type: application/json

  {
   "sub": "248289761001",
   "name": "Jane Doe",
   "given_name": "Jane",
   "family_name": "Doe",
   "preferred_username": "j.doe",
   "email": "janedoe@example.com",
   "picture": "http://example.com/janedoe/me.jpg"
  }

其中sub代表EU的唯一标识,这个claim是必须的,其他的都是可选的。

参考文献

更多关于OIDC的内容,请阅读以下文章:

  1. https://www.onelogin.com/blog/openid-connect-explained-in-plain-english
  2. http://www.cnblogs.com/linianhui/archive/2017/05/30/openid-connect-core.html
  3. JSON Web Token - 在Web应用间安全地传递信息
  4. OAuth2.0 协议入门指南

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