深入浅出OAuth 2.0授权机制

前言

举个简单的例子。新浪微博是你的家,有时候你会想让一些人(第三方应用)去你的家里帮你办点事情,或者取点东西。你可以直接复制一把钥匙(用户名和密码)给他们,但这里存在几个问题:

  1. 别人拿了钥匙后可以去你家里的所有房间。
  2. 别人拿到你的钥匙后也许会不小心丢到,甚至故意送到它人手里。这样你都不知到谁有你家钥匙。
  3. 过一段时间你也许会想要回自己的钥匙,但别人不还怎么办?

总结起来就是两个问题:其一,拿到钥匙的人权限太大,可以进入任一房间;其二,拿到钥匙的人可能对钥匙进行复制和更改。

OAuth是高级钥匙,可以理解为指纹识别,它主要解决了以上的缺陷:

  1. 你可以配置不同权限的钥匙。有些只能进大厅(读取你的微博流)。有些钥匙可以进储藏柜(读取你的相片)。
  2. 钥匙上带着指纹验证程序(指纹 = appkey),只有收到钥匙的人自己能使用钥匙。
  3. 钥匙有一定的时效性,同时你也可以远程废除钥匙。

正文

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。

应用场景

为了理解OAuth的适用场景,举一个通俗易懂的例子。
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所有资料的权利,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。

专业术语

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。

专业术语 中文含义 具体解释说明
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”
Resource Owner 资源所有者 本文中又称”用户”(user)。
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。
User Agent 用户代理 本文中就是指浏览器。
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。
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。

OAuth的思路

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有效期,向”客户端“开放用户储存的资料。

具体流程

(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). 客户端拿到上一步获取到的授权,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,统一发放令牌。
(E). 客户端使用令牌,向资源服务器申请获取用户的资源。
(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,步骤(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

几种授权模式

客户端必须得到了用户的授权。(authorization grant),才能获取令牌(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)

下面一一讲解客户端获取授权四种模式

(一). 授权码模式

授权码模式(authorization code)是功能最完整流程最严密授权模式。它的特点就是通过客户端后台服务器,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)。

对于每个步骤具体所需要参数如下:

A步骤中,客户端申请认证的URI,包含以下参数:

参数 具体含义 是否必填
response_type 授权类型 必选项,此处的值固定为”code”
client_id 客户端的ID 必选项
redirect_uri 重定向URI 可选项
scope 申请的权限范围 可选项
state 客户端的当前状态,认证服务器会原封不动地返回这个值 可选项,可以指定任意值

下面是一个例子:

1
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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:

参数 具体含义 是否必填
code 授权码。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 必选项
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。 可选项

下面是一个例子:

1
2
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:

参数 具体含义 是否必填
grant_type 授权模式 必选项,此处的值固定为”authorization_code”
code 上一步获得的授权码 必选项
redirect_uri 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 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
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=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:

参数 具体含义 是否必填
access_token 访问令牌 必选项
token_type 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 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 可选项
refresh_token 更新令牌,用来获取下一次的访问令牌 可选项
scope 申请的权限范围 可选项

下面是一个例子:

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HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Cache-Control: no-store
Pragma: no-cache

{
"access_token":"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA",
"token_type":"bearer",
"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

(二). 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:

参数 具体含义 是否必填
response_type 授权类型 必选项,此处的值固定为”token”
client_id 客户端的ID 必选项
redirect_uri 重定向URI 可选项
scope 申请的权限范围 可选项
state 客户端的当前状态,认证服务器会原封不动地返回这个值 可选项,可以指定任意值

下面是一个例子:

1
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3
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:

参数 具体含义 是否必填
access_token 访问令牌 必选项
token_type 牌类型,该值大小写不敏感 必选项
expires_in 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 可选项
scope 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 可选项

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

下面是一个例子:

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3
HTTP/1.1 302 Found
Location: http://example.com/cb#access_token=2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA
&state=xyz&token_type=bearer&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脚本代码,会提取出Hash中的令牌

(三). 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:

参数 具体含义 是否必填
grant_type 授权类型 必选项,此处的值固定为”password”
username 用户名 必选项
password 用户的密码 必选项
scope 申请的权限范围 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
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=password&username=johndoe&password=A3ddj3w

C步骤中,认证服务器向客户端发送访问令牌:

参数 具体含义 是否必填
access_token 访问令牌 必选项
token_type 牌类型,该值大小写不敏感 必选项
expires_in 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 可选项
scope 权限范围 如果与客户端申请的范围一致,此项可省略
example_parameter 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 可选项

下面是一个例子:

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HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Cache-Control: no-store
Pragma: no-cache

{
"access_token":"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA",
"token_type":"example",
"expires_in":3600,
"refresh_token":"tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA",
"example_parameter":"example_value"
}

(四). 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:

(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:

参数 具体含义 是否必填
grant_type 授权类型 必选项,此处的值固定为”clientcredentials”
scope 权限范围 可选项。
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POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=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
Content-Type: application/json;charset=UTF-8
Cache-Control: no-store
Pragma: no-cache

{
"access_token":"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA",
"token_type":"example",
"expires_in":3600,
"example_parameter":"example_value"
}

总结

本文介绍了OAuth 2.0的一些基本概念,以及四种授权模式:授权码模式、简单模式、密码模式和客户端模式。o


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文章作者: Chen Vainlgory
文章链接: https://geek.vainlgory.top/2018/01/04/深入浅出OAuth 2.0授权机制/
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