单点登录原理与简单实现

一、什么是单点登录？

什么是单点登录？单点登录全称Single Sign On（以下简称SSO），是指在多系统应用群中登录一个系统，便可在其他所有系统中得到授权而无需再次登录，包括单点登录与单点注销两部分。

二、为什么要单点登录？

web系统早已从久远的单系统发展成为如今由多系统组成的应用群，面对如此众多的系统，用户的登录和注销变得复杂和繁琐。通过单点登录，我们可以将系统登录、注销的复杂性转到系统内部承担，用户访问web系统的整个应用群与访问单个系统一样，登录/注销只要一次就够了，即对用户而言，无论web系统内部多么复杂，都是一个统一的整体。

三、原来的单系统跟现在复杂的web系统应用群比较

如果没有单点登录的话，用户登录一个复杂的web系统，就会和登录单个系统一样，在多个子系统之间，频繁的登录、注销，如下图：

通过单点登录，用户只要登录一次，就可以在应用群的各个子系统之间自然的切换，如下图：

四、单点登录实现原理

1.登录

相比于单系统登录，sso需要一个独立的认证中心，只有认证中心能接受用户的用户名密码等安全信息，其他系统不提供登录入口，只接受认证中心的间接授权。间接授权通过令牌实现，sso认证中心验证用户的用户名密码没问题，创建授权令牌，在接下来的跳转过程中，授权令牌作为参数发送给各个子系统，子系统拿到令牌，即得到了授权，可以借此创建局部会话，局部会话登录方式与单系统的登录方式相同。这个过程，也就是单点登录的原理，用下图说明：

说明：

• 1)用户访问系统1的受保护资源，系统1发现用户未登录，跳转至sso认证中心，并将自己的地址作为参数；
• 2)sso认证中心发现用户未登录，将用户引导至登录页面；
• 3)用户输入用户名密码提交登录申请；
• 4)sso认证中心校验用户信息，创建用户与sso认证中心之间的会话，称为全局会话，同时创建授权令牌；
• 5)sso认证中心带着令牌跳转会最初的请求地址（系统1）；
• 6)系统1拿到令牌，去sso认证中心校验令牌是否有效；
• 7)sso认证中心校验令牌，返回有效，注册系统1；
• 8)系统1使用该令牌创建与用户的会话，称为局部会话，返回受保护资源；
• 9)用户访问系统2的受保护资源；
• 10)系统2发现用户未登录，跳转至sso认证中心，并将自己的地址作为参数；
• 11)sso认证中心发现用户已登录，跳转回系统2的地址，并附上令牌；
• 12)系统2拿到令牌，去sso认证中心校验令牌是否有效；
• 13)sso认证中心校验令牌，返回有效，注册系统2；
• 14)系统2使用该令牌创建与用户的局部会话，返回受保护资源；

用户登录成功之后，会与sso认证中心及各个子系统建立会话，用户与sso认证中心建立的会话称为全局会话，用户与各个子系统建立的会话称为局部会话，局部会话建立之后，用户访问子系统受保护资源将不再通过sso认证中心，全局会话与局部会话有如下约束关系

• 1)局部会话存在，全局会话一定存在；
• 2)全局会话存在，局部会话不一定存在；
• 3)全局会话销毁，局部会话必须销毁；

你可以通过博客园、百度、csdn、淘宝等网站的登录过程加深对单点登录的理解，注意观察登录过程中的跳转url与参数。

2.注销

单点登录自然也要单点注销，在一个子系统中注销，所有子系统的会话都将被销毁，用下面的图来说明：

sso认证中心一直监听全局会话的状态，一旦全局会话销毁，监听器将通知所有注册系统执行注销操作。

说明：

• 1)用户向系统1发起注销请求；
• 2)系统1根据用户与系统1建立的会话id拿到令牌，向sso认证中心发起注销请求；
• 3)sso认证中心校验令牌有效，销毁全局会话，同时取出所有用此令牌注册的系统地址；
• 4)sso认证中心向所有注册系统发起注销请求；
• 5)各注册系统接收sso认证中心的注销请求，销毁局部会话；
• 6)sso认证中心引导用户至登录页面；

五、部署图

单点登录涉及sso认证中心与众子系统，子系统与sso认证中心需要通信以交换令牌、校验令牌及发起注销请求，因而子系统必须集成sso的客户端，sso认证中心则是sso服务端，整个单点登录过程实质是sso客户端与服务端通信的过程，用下图描述：

sso认证中心与sso客户端通信方式有多种，这里以简单好用的httpClient为例，web service、rpc、restful api都可以。

六、实现

只是简要介绍下基于java的实现过程，不提供完整源码，明白了原理，我相信你们可以自己实现。sso采用客户端/服务端架构，我们先看sso-client与sso-server要实现的功能（下面：sso认证中心=sso-server）：

sso-client

1) 拦截子系统未登录用户请求，跳转至sso认证中心；
2) 接收并存储sso认证中心发送的令牌；
3) 与sso-server通信，校验令牌的有效性；
4) 建立局部会话；
5) 拦截用户注销请求，向sso认证中心发送注销请求；
6) 接收sso认证中心发出的注销请求，销毁局部会话；
　　
sso-server

1) 验证用户的登录信息；
2) 创建全局会话；
3) 创建授权令牌；
4) 与sso-client通信发送令牌；
5) 校验sso-client令牌有效性；
6) 系统注册；
7) 接收sso-client注销请求，注销所有会话；

接下来，我们按照原理来一步步实现sso吧！

1.sso-client拦截未登录请求
　　
java拦截请求的方式有servlet、filter、listener三种方式，我们采用filter。在sso-client中新建LoginFilter.java类并实现Filter接口，在doFilter()方法中加入对未登录用户的拦截:

public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
    HttpServletRequest req = (HttpServletRequest) request;
    HttpServletResponse res = (HttpServletResponse) response;
    HttpSession session = req.getSession();

    if (session.getAttribute("isLogin")) {
        chain.doFilter(request, response);
        return;
    }
    //跳转至sso认证中心
    res.sendRedirect("sso-server-url-with-system-url");
}

2.sso-server拦截未登录请求

拦截从sso-client跳转至sso认证中心的未登录请求，跳转至登录页面，这个过程与sso-client完全一样。

3.sso-server验证用户登录信息

用户在登录页面输入用户名密码，请求登录，sso认证中心校验用户信息，校验成功，将会话状态标记为“已登录”:

@RequestMapping("/login")
public String login(String username, String password, HttpServletRequest req) {
    this.checkLoginInfo(username, password);
    req.getSession().setAttribute("isLogin", true);
    return "success";
}

4.sso-server创建授权令牌

授权令牌是一串随机字符，以什么样的方式生成都没有关系，只要不重复、不易伪造即可，下面是一个例子:

String token = UUID.randomUUID().toString();

5.sso-client取得令牌并校验

sso认证中心登录后，跳转回子系统并附上令牌，子系统（sso-client）取得令牌，然后去sso认证中心校验，在LoginFilter.java的doFilter()中添加几行：

// 请求附带token参数
String token = req.getParameter("token");
if (token != null) {
    // 去sso认证中心校验token
    boolean verifyResult = this.verify("sso-server-verify-url", token);
    if (!verifyResult) {
        res.sendRedirect("sso-server-url");
        return;
    }
    chain.doFilter(request, response);
}

verify()方法使用httpClient实现，这里仅简略介绍，httpClient详细使用方法请参考官方文档：

HttpPost httpPost = new HttpPost("sso-server-verify-url-with-token");
HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpPost);

6.sso-server接收并处理校验令牌请求

用户在sso认证中心登录成功后，sso-server创建授权令牌并存储该令牌，所以，sso-server对令牌的校验就是去查找这个令牌是否存在以及是否过期，令牌校验成功后sso-server将发送校验请求的系统注册到sso认证中心（就是存储起来的意思）。

令牌与注册系统地址通常存储在key-value数据库（如redis）中，redis可以为key设置有效时间也就是令牌的有效期。redis运行在内存中，速度非常快，正好sso-server不需要持久化任何数据。

令牌与注册系统地址可以用下图描述的结构存储在redis中，可能你会问，为什么要存储这些系统的地址？如果不存储，注销的时候就麻烦了，用户向sso认证中心提交注销请求，sso认证中心注销全局会话，但不知道哪些系统用此全局会话建立了自己的局部会话，也不知道要向哪些子系统发送注销请求注销局部会话。

7.sso-client校验令牌成功创建局部会话

令牌校验成功后，sso-client将当前局部会话标记为“已登录”，修改LoginFilter.java，添加几行：

if (verifyResult) {
    session.setAttribute("isLogin", true);
}

sso-client还需将当前会话id与令牌绑定，表示这个会话的登录状态与令牌相关，此关系可以用java的hashmap保存，保存的数据用来处理sso认证中心发来的注销请求。

8.注销过程

用户向子系统发送带有“logout”参数的请求（注销请求），sso-client拦截器拦截该请求，向sso认证中心发起注销请求：

String logout = req.getParameter("logout");
if (logout != null) {
    this.ssoServer.logout(token);
}

sso认证中心也用同样的方式识别出sso-client的请求是注销请求（带有“logout”参数），sso认证中心注销全局会话:

@RequestMapping("/logout")
public String logout(HttpServletRequest req) {
    HttpSession session = req.getSession();
    if (session != null) {
        session.invalidate();//触发LogoutListener
    }
    return "redirect:/";
}

sso认证中心有一个全局会话的监听器，一旦全局会话注销，将通知所有注册系统注销:

public class LogoutListener implements HttpSessionListener {
    @Override
    public void sessionCreated(HttpSessionEvent event) {}
    @Override
    public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent event) {
        //通过httpClient向所有注册系统发送注销请求
    }
}

参考文章：

1. 单点登录原理与简单实现；