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微服务架构的登陆认证问题
从过去单体应用架构到分布式应用架构再到现在的微服务架构，应用的安全访问在不断的经受考验。为了适应架构的变化、需求的变化，身份认证与鉴权方案也在不断的更新变革。面对数十个甚至上百个微服务之间的调用，如何保证高效安全的身份认证？面对外部的服务访问，该如何提供细粒度的鉴权方案？本文将会为大家阐述微服务架构下的安全认证与鉴权方案。
传统的单体应用场景下，应用是一个整体，一般针对所有的请求都会进行权限校验。请求一般会通过一个权限的拦截器进行权限的校验，在登录时将用户信息缓存到 session 中，后续访问则从缓存中获取用户信息。在设计的时候就建立一个能适应各种系统权限管理要求的权限模型即统一用户管理系统，如下图
而微服务架构下，一个应用会被拆分成若干个微应用，每个微应用都需要对访问进行鉴权，每个微应用都需要明确当前访问用户以及其权限。尤其当访问来源不只是浏览器，还包括其他服务的调用时，单体应用架构下的鉴权方式就不是特别合适了。在微服务架构下，要考虑外部应用接入的场景、用户 - 服务的鉴权、服务 - 服务的鉴权等多种鉴权场景。
基于目前的微服务架构，David Borsos 在伦敦的微服务大会上提出了四种解决方案：
1. 单点登录（SSO）
这种方案意味着每个面向用户的服务都必须与认证服务交互，这会产生大量非常琐碎的网络流量和重复的工作，当应用个数达到一定数量的时候，这种方案的弊端会更加明显。
2. 分布式 Session 方案
分布式会话方案原理主要是将关于用户认证的信息存储在共享存储中，且通常由用户会话作为 key 来实现的简单分布式哈希映射。当用户访问微服务时，用户数据可以从共享存储中获取。在某些场景下，这种方案很不错，用户登录状态是不透明的。同时也是一个高可用且可扩展的解决方案。这种方案的缺点在于共享存储需要一定保护机制，因此需要通过安全链接来访问，这时解决方案的实现就通常具有相当高的复杂性了。
3. 客户端 Token 方案
令牌在客户端生成，由身份验证服务进行签名，并且必须包含足够的信息，以便可以在所有微服务中建立用户身份。令牌会附加到每个请求上，为微服务提供用户身份验证，这种解决方案的安全性相对较好，但身份验证注销是一个大问题，缓解这种情况的方法可以使用短期令牌和频繁检查认证服务等。对于客户端令牌的编码方案，Borsos 更喜欢使用 JSON Web Tokens（JWT），它足够简单且库支持程度也比较好。
4. 客户端 Token 与 API 网关结合
这个方案意味着所有请求都通过网关，从而有效地隐藏了微服务。 在请求时，网关将原始用户令牌转换为内部会话 ID 令牌。在这种情况下，注销就不是问题，因为网关可以在注销时撤销用户的令牌。
微服务常见安全认证方案
HTTP Basic Authentication（HTTP 基本认证）是 HTTP 1.0 提出的一种认证机制，这个想必大家都很熟悉了，我不再赘述。HTTP 基本认证的过程如下：
客户端发送 HTTP Request 给服务器。
因为 Request 中没有包含 Authorization header，服务器会返回一个 401 Unauthozied 给客户端，并且在 Response 的 Header "WWW-Authenticate" 中添加信息。
客户端把用户名和密码用 BASE64 加密后，放在 Authorization Header 中发送给服务器， 认证成功。
服务器将 Authorization Header 中的用户名密码取出，进行验证， 如果验证通过，将根据请求，发送资源给客户端。
基于 Session 的认证
基于 Session 的认证应该是最常用的一种认证机制了。用户登录认证成功后，将用户相关数据存储到 Session 中，单体应用架构中，默认 Session 会存储在应用服务器中，并且将 Session ID 返回到客户端，存储在浏览器的 Cookie 中。
但是在分布式架构下，Session 存放于某个具体的应用服务器中自然就无法满足使用了，简单的可以通过 Session 复制或者 Session 粘制的方案来解决。
Session 复制依赖于应用服务器，需要应用服务器有 Session 复制能力，不过现在大部分应用服务器如 Tomcat、JBoss、WebSphere 等都已经提供了这个能力。除此之外，Session 复制的一大缺陷在于当节点数比较多时，大量的 Session 数据复制会占用较多网络资源。Session 粘滞是通过负载均衡器，将统一用户的请求都分发到固定的服务器节点上，这样就保证了对某一用户而言，Session 数据始终是正确的。不过这种方案依赖于负载均衡器，并且只能满足水平扩展的集群场景，无法满足应用分割后的分布式场景。在微服务架构下，每个微服务拆分的粒度会很细，并且不只有用户和微服务打交道，更多还有微服务间的调用。这个时候上述两个方案都无法满足，就要求必须要将 Session 从应用服务器中剥离出来，存放在外部进行集中管理。可以是数据库，也可以是分布式缓存，如 Memchached、Redis 等。这正是 David Borsos 建议的第二种方案，分布式 Session 方案。
基于 Token 的认证
随着 Restful API、微服务的兴起，基于 Token 的认证现在已经越来越普遍。Token 和 Session ID 不同，并非只是一个 key。Token 一般会包含用户的相关信息，通过验证 Token 就可以完成身份校验。像 Twitter、微信、QQ、GitHub 等公有服务的 API 都是基于这种方式进行认证的，一些开发框架如 OpenStack、Kubernetes 内部 API 调用也是基于 Token 的认证。基于 Token 认证的一个典型流程如下：
用户输入登录信息（或者调用 Token 接口，传入用户信息），发送到身份认证服务进行认证（身份认证服务可以和服务端在一起，也可以分离，看微服务拆分情况了）。
身份验证服务验证登录信息是否正确，返回接口（一般接口中会包含用户基础信息、权限范围、有效时间等信息），客户端存储接口，可以存储在 Session 或者数据库中。
用户将 Token 放在 HTTP 请求头中，发起相关 API 调用。
被调用的微服务，验证 Token 权限。
服务端返回相关资源和数据。
基于 Token 认证的好处如下：
服务端无状态：Token 机制在服务端不需要存储 session 信息，因为 Token 自身包含了所有用户的相关信息。
性能较好，因为在验证 Token 时不用再去访问数据库或者远程服务进行权限校验，自然可以提升不少性能。
支持移动设备。
支持跨程序调用，Cookie 是不允许垮域访问的，而 Token 则不存在这个问题。
JWT 介绍
JSON Web Token（JWT）是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于 JSON 的开放标准（RFC 7519）。来自 JWT RFC 7519 标准化的摘要说明：JSON Web Token 是一种紧凑的，URL 安全的方式，表示要在双方之间传输的声明。JWT 一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息，以便于从资源服务器获取资源，也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息，该 Token 也可直接被用于认证，也可被加密。
JWT 认证流程
客户端不需要持有密钥，由服务端通过密钥生成Token。
客户端登录时通过账号和密码到服务端进行认证，认证通过后，服务端通过持有的密钥生成Token，Token中一般包含失效时长和用户唯一标识，如用户ID，服务端返回Token给客户端。
客户端保存服务端返回的Token。
客户端进行业务请求时在Head的Authorization字段里面放置Token，如： Authorization: Bearer Token
服务端对请求的Token进行校验，并通过Redis查找Token是否存在，主要是为了解决用户注销，但Token还在时效内的问题，如果Token在Redis中存在，则说明用户已注销；如果Token不存在，则校验通过。
服务端可以通过从Token取得的用户唯一标识进行相关权限的校验，并把此用户标识赋予到请求参数中，业务可通过此用户标识进行业务处理。
用户注销时，服务端需要把还在时效内的Token保存到Redis中，并设置正确的失效时长。
JWT 结构
JWT 是由三段信息构成的，第一段为头部（Header），第二段为载荷（Payload)，第三段为签名（Signature）。每一段内容都是一个 JSON 对象，将每一段 JSON 对象采用 BASE64 编码，将编码后的内容用. 链接一起就构成了 JWT 字符串。如下：
header.payload.signature
1. 头部（Header）
头部用于描述关于该 JWT 的最基本的信息，例如其类型以及签名所用的算法等。这也可以被表示成一个 JSON 对象。
{ "typ": "JWT", "alg": "HS256" }在头部指明了签名算法是 HS256 算法。
2. 载荷（payload）
载荷就是存放有效信息的地方。有效信息包含三个部分：
标准中注册的声明、公共的声明、私有的声明
标准中注册的声明（建议但不强制使用）：
iss：JWT 签发者
sub：JWT 所面向的用户
aud：接收 JWT 的一方
exp：JWT 的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间
nbf：定义在什么时间之前，该 JWT 都是不可用的
iat：JWT 的签发时间
jti：JWT 的唯一身份标识，主要用来作为一次性 token, 从而回避重放攻击。
公共的声明 ：
公共的声明可以添加任何的信息，一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息. 但不建议添加敏感信息，因为该部分在客户端可解密。
私有的声明 ：
私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明，一般不建议存放敏感信息，因为 base64 是对称解密的，意味着该部分信息可以归类为明文信息。
示例如下：
{ "iss": "Online JWT Builder", "iat": 1416797419, "exp": 1448333419, "aud": "www.primeton.com", }
3. 签名（signature)
创建签名需要使用 Base64 编码后的 header 和 payload 以及一个秘钥。将 base64 加密后的 header 和 base64 加密后的 payload 使用. 连接组成的字符串，通过 header 中声明的加密方式进行加盐 secret 组合加密，然后就构成了 jwt 的第三部分。
比如：HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)
OAuth 2.0 介绍
OAuth 的官网介绍：An open protocol to allow secure API authorization in a simple and standard method from desktop and web applications。OAuth 是一种开放的协议，为桌面程序或者基于 BS 的 web 应用提供了一种简单的，标准的方式去访问需要用户授权的 API 服务。OAUTH 认证授权具有以下特点：
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简单：不管是 OAuth 服务提供者还是应用开发者，都很容易于理解与使用；
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安全：没有涉及到用户密钥等信息，更安全更灵活；
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开放：任何服务提供商都可以实现 OAuth，任何软件开发商都可以使用 OAuth；
OAuth 2.0 是 OAuth 协议的下一版本，但不向后兼容 OAuth 1.0，即完全废止了 OAuth 1.0。 OAuth 2.0 关注客户端开发者的简易性。要么通过组织在资源拥有者和 HTTP 服务商之间的被批准的交互动作代表用户，要么允许第三方应用代表用户获得访问的权限。同时为 Web 应用，桌面应用和手机，和起居室设备提供专门的认证流程。2012 年 10 月，OAuth 2.0 协议正式发布为 RFC 6749。
OAuth 2.0 的流程如下：
（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。
四大角色
由授权流程图中可以看到 OAuth 2.0 有四个角色：客户端、资源拥有者、资源服务器、授权服务器。
客户端：客户端是代表资源所有者对资源服务器发出访问受保护资源请求的应用程序。
资源拥有者：资源拥有者是对资源具有授权能力的人。
资源服务器：资源所在的服务器。
授权服务器：为客户端应用程序提供不同的 Token，可以和资源服务器在统一服务器上，也可以独立出去。
参考链接：https://app.yinxiang.com/Home.action#n=a8af8c6c-49de-4b23-8642-42ee9c79be0d&ses=4&sh=2&sds=5&
http://nettm.iteye.com/blog/2304221
https://www.baidu.com/link?url=8tEEIae7Ss_3F5ZApGMruPxLz1Lxs93TRopBA2UCN-rSRM3TeU0l_M7xKbbuLEDqK9wIw2ajUK-g0HgGcGvtua&wd=&eqid=eac9f6a2000035a1000000035954c030
微服务架构的登陆认证问题