Springcloud-基于Oauth2的SSO单点登录的原理解析与实现

一、单点登录简介

1、单点登录介绍

单点登录（Single Sign-On，简称SSO）是一种认证机制，允许用户通过一次身份验证后，访问多个相互信任的应用系统。它简化了用户的操作，提高了用户体验，同时也降低了管理多个认证系统的复杂性。在现代分布式系统和微服务架构中，SSO尤为重要，因为它可以减少重复的登录操作，统一用户认证入口，提高系统的安全性和可管理性。

2、单点登录原理

SSO的基本原理是通过共享认证状态来实现对多个系统的访问。其核心步骤包括：

• 用户认证：用户在SSO认证中心进行登录，认证中心验证用户身份后生成一个Token。
• Token共享：用户访问其他受信任的应用系统时，携带这个Token。应用系统通过验证Token来确认用户身份。
• 会话管理：SSO系统管理用户会话状态，确保用户在有效期内不需要重复登录。

3、单点登录架构图

二、单点登录实现

在Spring Cloud环境中实现单点登录需要考虑以下几个步骤：

1. 建立认证中心

认证中心负责用户认证和Token生成。可以使用Spring Security和OAuth2来实现认证中心。

① 添加OAuth2依赖

给项目添加OAuth2依赖项：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-oauth2-client</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-oauth2-resource-server</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.security</groupId>
    <artifactId>spring-security-oauth2-jose</artifactId>
</dependency>

② 配置OAuth2认证服务器

创建并配置OAuth2认证服务器：

@Configuration
@EnableAuthorizationServer
public class AuthorizationServerConfig extends AuthorizationServerConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private AuthenticationManager authenticationManager;

    @Override
    public void configure(ClientDetailsServiceConfigurer clients) throws Exception {
        clients.inMemory()
                .withClient("client-id")
                .secret("{noop}client-secret")
                .authorizedGrantTypes("authorization_code", "refresh_token", "password")
                .scopes("read", "write")
                .redirectUris("http://localhost:8081/login/oauth2/code/custom");
    }

    @Override
    public void configure(AuthorizationServerEndpointsConfigurer endpoints) throws Exception {
        endpoints.authenticationManager(authenticationManager)
                 .tokenStore(new InMemoryTokenStore());
    }
}

③ 配置Spring Security

创建并配置Spring Security：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.inMemoryAuthentication()
            .withUser("user")
            .password("{noop}password")
            .roles("USER");
    }

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .formLogin().permitAll();
    }

    @Bean
    @Override
    public AuthenticationManager authenticationManagerBean() throws Exception {
        return super.authenticationManagerBean();
    }
}

2. 配置网关服务

网关服务负责路由请求和验证Token。我们使用Spring Cloud Gateway来实现。

① 添加网关服务依赖

给项目添加网关服务依赖项：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-oauth2-client</artifactId>
</dependency>

② 增加Gateway配置

在application.yml中添加Gateway配置：

spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
        - id: user-service
          uri: lb://USER-SERVICE
          predicates:
            - Path=/user/**
          filters:
            - TokenRelay
  security:
    oauth2:
      client:
        provider:
          custom:
            authorization-uri: http://localhost:8080/oauth/authorize
            token-uri: http://localhost:8080/oauth/token
            user-info-uri: http://localhost:8080/userinfo
            jwk-set-uri: http://localhost:8080/.well-known/jwks.json
        registration:
          custom:
            client-id: client-id
            client-secret: client-secret
            authorization-grant-type: authorization_code
            redirect-uri: "{baseUrl}/login/oauth2/code/{registrationId}"
            scope: read,write

3. 应用服务集成

每个微服务都需要配置为资源服务器，以确保每个请求都经过Token验证。

① 给每个服务添加依赖

给每个服务添加OAuth2资源服务器依赖项：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-oauth2-resource-server</artifactId>
</dependency>

② 给每个服务添加配置

在application.yml中添加OAuth2资源服务器配置：

spring:
  security:
    oauth2:
      resourceserver:
        jwt:
          issuer-uri: http://localhost:8080/

③ 配置安全策略

创建并配置Spring Security以确保所有请求都经过Token验证：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class ResourceServerConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
            .antMatchers("/public/**").permitAll()
            .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .oauth2ResourceServer().jwt();
    }
}

4、编写单点登录接口

在实现单点登录的过程中，涉及到客户端应用向认证中心请求认证并获取Token，然后将Token传递给各个微服务以进行资源访问。以下是单点登录调用代码的详细步骤，包括获取授权码、请求访问令牌以及使用令牌访问受保护资源的示例代码。

① 获取授权码

首先，客户端应用需要引导用户到SSO认证中心进行登录，并获取授权码。
可以通过浏览器重定向实现：

@GetMapping("/login")
public void login(HttpServletResponse response) throws IOException {
    String authorizationUri = "http://localhost:8080/oauth/authorize";
    String clientId = "client-id";
    String redirectUri = "http://localhost:8081/callback";
    String responseType = "code";
    String scope = "read write";

    String authUrl = authorizationUri + "?response_type=" + responseType
            + "&client_id=" + clientId
            + "&redirect_uri=" + URLEncoder.encode(redirectUri, "UTF-8")
            + "&scope=" + URLEncoder.encode(scope, "UTF-8");

    response.sendRedirect(authUrl);
}

② 获取访问令牌

用户在认证中心成功登录后，认证中心会重定向回客户端应用，并附带授权码。
客户端应用需要使用这个授权码来请求访问令牌：

@GetMapping("/callback")
public String callback(@RequestParam("code") String code, Model model) {
    String tokenUri = "http://localhost:8080/oauth/token";
    String clientId = "client-id";
    String clientSecret = "client-secret";
    String redirectUri = "http://localhost:8081/callback";

    RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();

    HttpHeaders headers = new HttpHeaders();
    headers.setContentType(MediaType.APPLICATION_FORM_URLENCODED);
    headers.setBasicAuth(clientId, clientSecret);

    MultiValueMap<String, String> params = new LinkedMultiValueMap<>();
    params.add("grant_type", "authorization_code");
    params.add("code", code);
    params.add("redirect_uri", redirectUri);

    HttpEntity<MultiValueMap<String, String>> request = new HttpEntity<>(params, headers);

    ResponseEntity<Map> response = restTemplate.exchange(tokenUri, HttpMethod.POST, request, Map.class);

    Map<String, Object> responseBody = response.getBody();
    String accessToken = (String) responseBody.get("access_token");

    model.addAttribute("accessToken", accessToken);

    return "home";
}

③ 使用访问令牌访问受保护资源

获取访问令牌后，客户端应用可以使用这个令牌来访问受保护的资源。
以下是如何使用RestTemplate访问受保护资源的示例代码：

@GetMapping("/resource")
public String getResource(@RequestParam("accessToken") String accessToken, Model model) {
    String resourceUri = "http://localhost:8082/resource";

    RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();

    HttpHeaders headers = new HttpHeaders();
    headers.setBearerAuth(accessToken);

    HttpEntity<String> request = new HttpEntity<>(headers);

    ResponseEntity<String> response = restTemplate.exchange(resourceUri, HttpMethod.GET, request, String.class);

    String resource = response.getBody();

    model.addAttribute("resource", resource);

    return "resource";
}

5、示例项目结构

示例项目结构如下：

/sso-auth-server
  ├── src/main/java/com/example/auth
  │   ├── AuthorizationServerConfig.java
  │   ├── SecurityConfig.java
  │   └── Application.java
  └── src/main/resources
      └── application.yml

/sso-gateway
  ├── src/main/java/com/example/gateway
  │   └── Application.java
  └── src/main/resources
      └── application.yml

/sso-user-service
  ├── src/main/java/com/example/user
  │   ├── ResourceServerConfig.java
  │   └── Application.java
  └── src/main/resources
      └── application.yml

/sso-client
  ├── src/main/java/com/example/client
  │   ├── SsoController.java
  │   └── Application.java
  └── src/main/resources
      └── application.yml

这个结构包括四个主要部分：

• 认证服务器 (sso-auth-server)：负责用户认证和Token生成。
• 网关服务 (sso-gateway)：负责路由请求和Token验证。
• 用户服务 (sso-user-service)：作为资源服务器，提供受保护的资源。
• 客户端应用 (sso-client)：负责引导用户登录、获取Token并访问受保护资源。

三、单点登录总结

1、单点登录的优势

2、单点登录总结

单点登录（Single Sign-On, SSO）在现代分布式系统中扮演着重要角色，它不仅提高了用户体验，还增强了系统的安全性。通过Spring Cloud实现SSO，可以充分利用Spring的生态系统和强大的功能，实现高效的身份认证和授权管理。

在实际应用中，开发者应根据具体需求和系统架构选择合适的实现方案，并不断优化以提高系统性能和安全性。以下是一些关键点：

• 技术选型：选择适合业务需求的SSO实现方式，如基于OAuth2、JWT或CAS等。
• 安全策略：确保数据传输和存储的安全，采用加密技术保护用户信息，防范攻击。
• 性能优化：通过负载均衡、缓存和异步处理等技术提升系统的响应速度和稳定性。
• 用户管理：集中管理用户身份信息，确保用户数据的一致性和准确性。
• 日志和监控：实施全面的日志记录和监控机制，及时发现和处理潜在问题，确保系统的正常运行。
• 容错机制：设计健壮的容错机制，确保系统在出现故障时能够快速恢复。

通过以上措施，可以有效提升单点登录系统的整体表现，满足企业的业务需求和安全要求。