OAuth 2.0详细解析

问题说明

为什么要研究这个OAuth呢?主要是要解决授权的问题。

转载请注明出处:http://www.haomou.net/2014/08/19/2014_oauth/

OAuth 2.0 应用

OAuth是一个关于授权(authorization)的开放网络标准,在全世界得到广泛应用,目前的版本是2.0版。本文对OAuth 2.0的设计思路和运行流程,做一个简明通俗的解释,主要参考材料为RFC 6749
为了理解OAuth的适用场合,让我举一个假设的例子。
有一个”云冲印”的网站,可以将用户储存在Google的照片,冲印出来。用户为了使用该服务,必须让”云冲印”读取自己储存在Google上的照片。
问题是只有得到用户的授权,Google才会同意”云冲印”读取这些照片。那么,”云冲印”怎样获得用户的授权呢?
传统方法是,用户将自己的Google用户名和密码,告诉”云冲印”,后者就可以读取用户的照片了。这样的做法有以下几个严重的缺点。
(1)”云冲印”为了后续的服务,会保存用户的密码,这样很不安全。
(2)Google不得不部署密码登录,而我们知道,单纯的密码登录并不安全。
(3)”云冲印”拥有了获取用户储存在Google所有资料的权力,用户没法限制”云冲印”获得授权的范围和有效期。
(4)用户只有修改密码,才能收回赋予”云冲印”的权力。但是这样做,会使得其他所有获得用户授权的第三方应用程序全部失效。
(5)只要有一个第三方应用程序被破解,就会导致用户密码泄漏,以及所有被密码保护的数据泄漏。
OAuth就是为了解决上面这些问题而诞生的。
在详细讲解OAuth 2.0之前,需要了解几个专用名词。它们对读懂后面的讲解,尤其是几张图,至关重要。
(1) Third-party application:第三方应用程序,本文中又称”客户端”(client),即上一节例子中的”云冲印”。
(2)HTTP service:HTTP服务提供商,本文中简称”服务提供商”,即上一节例子中的Google。
(3)Resource Owner:资源所有者,本文中又称”用户”(user)。
(4)User Agent:用户代理,本文中就是指浏览器。
(5)Authorization server:认证服务器,即服务提供商专门用来处理认证的服务器。
(6)Resource server:资源服务器,即服务提供商存放用户生成的资源的服务器。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。
知道了上面这些名词,就不难理解,OAuth的作用就是让”客户端”安全可控地获取”用户”的授权,与”服务商提供商”进行互动。

运行流程

OAuth在”客户端”与”服务提供商”之间,设置了一个授权层(authorization layer)。”客户端”不能直接登录”服务提供商”,只能登录授权层,以此将用户与客户端区分开来。”客户端”登录授权层所用的令牌(token),与用户的密码不同。用户可以在登录的时候,指定授权层令牌的权限范围和有效期。
“客户端”登录授权层以后,”服务提供商”根据令牌的权限范围和有效期,向”客户端”开放用户储存的资料。
OAuth 2.0的运行流程如下图,摘自RFC 6749。

服务端授权

(A)用户打开客户端以后,客户端要求用户给予授权。
(B)用户同意给予客户端授权。
(C)客户端使用上一步获得的授权,向认证服务器申请令牌。
(D)认证服务器对客户端进行认证以后,确认无误,同意发放令牌。
(E)客户端使用令牌,向资源服务器申请获取资源。
(F)资源服务器确认令牌无误,同意向客户端开放资源。
不难看出来,上面六个步骤之中,B是关键,即用户怎样才能给于客户端授权。有了这个授权以后,客户端就可以获取令牌,进而凭令牌获取资源。

客户端授权

下面一一讲解客户端获取授权的四种模式。客户端必须得到用户的授权(authorization grant),才能获得令牌(access token)。OAuth 2.0定义了四种授权方式。

  • 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(authorization code)是功能最完整、流程最严密的授权模式。它的特点就是通过客户端的后台服务器,与”服务提供商”的认证服务器进行互动。

它的步骤如下:
(A)用户访问客户端,后者将前者导向认证服务器。
(B)用户选择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,附上早先的”重定向URI”,向认证服务器申请令牌。这一步是在客户端的后台的服务器上完成的,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)。
下面是上面这些步骤所需要的参数。
A步骤中,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”
  • client_id:表示客户端的ID,必选项
  • 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。
    下面是一个例子。
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GET /authorize?response_type=code&client_id=s6BhdRkqt3&state=xyz
&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb HTTP/1.1
Host: server.example.com

C步骤中,服务器回应客户端的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,否则会被授权服务器拒绝。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。
下面是一个例子。

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

D步骤中,客户端向认证服务器申请令牌的HTTP请求,包含以下参数:
granype: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。
下面是一个例子。

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POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
ContentType: application/xwwwformurlencoded
granype=authorization_code&code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb

E步骤中,认证服务器发送的HTTP回复,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。
下面是一个例子。

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HTTP/1.1 200 OK
ContentType: application/json;charset=UTF8
CacheControl: nostore
Pragma: nocache
{
access_token:“2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA”,
token_type:“example”,
expires_in:3600,
refresh_token:“tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA”,
example_parameter:“example_value”
}

从上面代码可以看到,相关参数使用JSON格式发送(Content-Type: application/json)。此外,HTTP头信息中明确指定不得缓存。

简化模式

简化模式(implicit grant type)不通过第三方应用程序的服务器,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。

它的步骤如下:
(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。
下面是上面这些步骤所需要的参数。
A步骤中,客户端发出的HTTP请求,包含以下参数:

  • 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。
    下面是一个例子。
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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

C步骤中,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。
    下面是一个例子。
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HTTP/1.1 302 Found
Location: http://example.com/cb#access_token=2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA
&state=xyz&token_type=example&expires_in=3600

在上面的例子中,认证服务器用HTTP头信息的Location栏,指定浏览器重定向的网址。注意,在这个网址的Hash部分包含了令牌。
根据上面的D步骤,下一步浏览器会访问Location指定的网址,但是Hash部分不会发送。接下来的E步骤,服务提供商的资源服务器发送过来的代码,会提取出Hash中的令牌。

密码模式

密码模式(Resource Owner Password Credentials Grant)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。这通常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。

它的步骤如下:
(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。
B步骤中,客户端发出的HTTP请求,包含以下参数:

  • granype:表示授权类型,此处的值固定为”password”,必选项。
  • username:表示用户名,必选项。
  • password:表示用户的密码,必选项。
  • scope:表示权限范围,可选项。
    下面是一个例子。
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POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
ContentType: application/xwwwformurlencoded
granype=password&username=johndoe&password=A3ddj3w

C步骤中,认证服务器向客户端发送访问令牌,下面是一个例子。

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HTTP/1.1 200 OK
ContentType: application/json;charset=UTF8
CacheControl: nostore
Pragma: nocache
{
access_token:“2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA”,
token_type:“example”,
expires_in:3600,
refresh_token:“tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA”,
example_parameter:“example_value”
}

上面代码中,各个参数的含义参见《授权码模式》一节。
整个过程中,客户端不得保存用户的密码。

客户端模式

客户端模式(Client Credentials Grant)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。

它的步骤如下:

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A)客户端向认证服务器进行身份认证,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。
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POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
ContentType: application/xwwwformurlencoded
granype=client_credentials

认证服务器必须以某种方式,验证客户端身份。
B步骤中,认证服务器向客户端发送访问令牌,下面是一个例子。

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HTTP/1.1 200 OK
ContentType: application/json;charset=UTF8
CacheControl: nostore
Pragma: nocache
{
access_token:“2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA”,
token_type:“example”,
expires_in:3600,
example_parameter:“example_value”
}

上面代码中,各个参数的含义参见《授权码模式》一节。

更新令牌

如果用户访问的时候,客户端的”访问令牌”已经过期,则需要使用”更新令牌”申请一个新的访问令牌。
客户端发出更新令牌的HTTP请求,包含以下参数:

  • granttype:表示使用的授权模式,此处的值固定为”refreshtoken”,必选项。
  • refresh_token:表示早前收到的更新令牌,必选项。
  • scope:表示申请的授权范围,不可以超出上一次申请的范围,如果省略该参数,则表示与上一次一致。
    下面是一个例子。
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POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
ContentType: application/xwwwformurlencoded
granype=refresh_token&refresh_token=tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA

关于OAuth2.0

无论是邮件列表、会议讨论、特别设计委员会还是秘密渠道,无数次艰难的争论和妥协,最终产出的规范却在两个最重要目标上双缺失——安全性和互操作性。实际上,有一份折中方案将它从“协议”重新命名为“框架”,而另一份则添加了一个免责声明,警告这份规范并不能阐述互操作性的实现。
和Oauth 1.0相比,Oauth 2.0规范更复杂,缺乏互操作性,实用性打折扣,更加不完整,最重要的是,更加不安全。
说得更明确些,Oauth 2.0如果在一个对互联网安全有深入了解开发者手上,实现结果大抵是安全的。然而,就这两年经历的情况来看,Oauth 2.0在大部分开发者手中明显出现了不安全的实现结果。

要明白OAuth 2.0的问题,你需要了解它相比OAuth 1.0在核心架构上有哪些变化:

无绑定token(Unbounded tokens)

在1.0中,client若要访问受保护资源(protected resource),则必须提供两组凭据:token凭据(the token credentials,即Access Token和Access Token Secret)和client凭据(the client credentials,即常说的应用APP KEY和APP SECRET)。在2.0中,client凭据已经不再被使用了,意味着token已经不再绑定于任何一个特定的client类型或者实例。这样的结果,既削弱了access token作为一种认证(authentication)手段的作用,同时也增加了出现安全问题的可能性。[5]

无记名token(Bearer tokens[8])

2.0在协议层去掉所有签名和加密要求,而仅仅依赖于传输层的TLS[6]。这意味着2.0的token在本质上处于更低安全系数的情况。任何想提高token安全性的行为必然要求额外的规范,而从目前提案展示的情况来看,工作组仅仅着眼于企业应用范畴。

token失效(Expiring tokens)

2.0的token存在过期时效,并且必须在过期时进行刷新。这对从1.0过来的client开发者而言是最大的改变,现在他们需要自行实现token状态管理。之所以有token过期一说,是因为要适应自编码token的实现——一种在服务器端无需进行数据库查找即可进行认证的加密token。正因为这种自编码token的存在,他们不可能被回收,只能强制为短时效存在,以此减少遭受危险时带来的损失。无论怎样从(server端)去掉签名所带来的好处,都要在(client端)实现token状态管理面前输了两回。

准许类型(Grant types[7])

在2.0中,授权准许(authorization grants)被用于交换获取access token。准许是一种抽象概念,代表最终用户已同意授权。它可以是用户在访问许可授权页中点击“Approve(同意)”后获取的一个code,也可以是用户实际的用户名和密码。之所以有这个概念,是为了实现多重认证流程。1.0着眼于用1个认证流程适应于多种client类型,而2.0则是明显为不同的client类型增加多个特殊化认证流程。

以上的那些改变,若在一个良好定义的协议上实施是可控管理的。然而由于工作组的组成性质,导致了问题(issue)要不陷在细节纠缠不清,要不就只能保持开放等待所有执行成员共同决定。以下仅是工作组无法达成共识的一小部分例子:

  • 不强制要求token类型
  • 不能对协定基于HMAC算法token类型目标统一意见
  • 不要求实施token过期
  • 没有关于token字段值长度的指导,其他值类似
  • 没有严格要求注册登记流程
  • 弱定义client类型
  • 缺乏明晰的client安全属性
  • 不强制要求准许类型
  • 没有一个关于准许类型的适宜性或者适用性指导
  • 没有一个实用的native application支持(倒是有许多空口说白话)
  • 没有强制要求client认证机制
  • 没有限制可扩展性
    另一方面,OAuth 2.0为可扩展性定义4个新的登记值,以及通过URI增加额外扩展点,结果引发了一堆关于扩展性的提案。然而真正的问题在于,工作组还是不能为协议定义真正的安全属性。这很清晰地表现在安全考虑环节上,大多处于扑朔迷离的情况。这导致安全专家几乎没有有效的聚焦点可供分析。实际上,工作组推出过70多页用于描述2.0威胁模型的文档,它试图提供更多额外信息,但仍受困于一个相同的根本问题:没有一个实质的协议可供分析。
    在现实世界,Facebook仍在运行着一年半前的草案12,而且也完全没有理由要他们升级现有的实现形式。毕竟,一个升级过的、用于实现Facebook对接的2.0 client也不太可能复用于其它Oauth服务提供方,反之亦然。Oauth 2.0一点也没有提供代码复用的潜力。
    Oauth 2.0提供的是一个关于授权协议的蓝图(a blueprint for an authorization protocol)。正如上述定义所说,(独立使用)它基本上毫无用武之地,必须要迁并入一个具体的工作解决方案中——而这正是企业化的方式,WS-*的套路。2.0提供了一个全新的领域,用来推销咨询服务和整合方案。
    然而互联网并不需要又一套安全框架。它需要的是一个简单、良好定义、和恰如其分合适的协议,以此提高安全性和增强互操作性。(可以说,)OAuth 2.0在寻求任何有意义的协议替代实现上失败了。

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