Yale CAS实现原理及其基础协议

CAS(Central Authentication Service) 是 Yale 大学发起的一个开源项目，据统计，大概每 10 个采用开源构建 Web SSO 的 Java 项目，就有 8 个使用 CAS 。对这些统计，我虽然不以为然，但有一点可以肯定的是， CAS 是我认为最简单实效，而且足够安全的 SSO 选择。

本节主要分析 CAS 的安全性，以及为什么 CAS 被这样设计，带着少许密码学的基础知识，我希望有助于读者对 CAS 的协议有更深层次的理解。

从结构体系看， CAS 包含两部分：

l CAS Server

CAS Server 负责完成对用户的认证工作， CAS Server 需要独立部署，有不止一种 CAS Server 的实现， Yale CAS Server 和 ESUP CAS Server 都是很不错的选择。

CAS Server 会处理用户名 / 密码等凭证 (Credentials) ，它可能会到数据库检索一条用户帐号信息，也可能在 XML 文件中检索用户密码，对这种方式， CAS 均提供一种灵活但同一的接口 / 实现分离的方式， CAS 究竟是用何种认证方式，跟 CAS 协议是分离的，也就是，这个认证的实现细节可以自己定制和扩展。

l CAS Client

CAS Client 负责部署在客户端（注意，我是指 Web 应用），原则上， CAS Client 的部署意味着，当有对本地 Web 应用的受保护资源的访问请求，并且需要对请求方进行身份认证， Web 应用不再接受任何的用户名密码等类似的 Credentials ，而是重定向到 CAS Server 进行认证。

目前， CAS Client 支持（某些在完善中）非常多的客户端，包括 Java 、 .Net 、 ISAPI 、 Php 、 Perl 、 uPortal 、 Acegi 、 Ruby 、 VBScript 等客户端，几乎可以这样说， CAS 协议能够适合任何语言编写的客户端应用。

剖析协议就像剖析设计模式，有些时候，协议让人摸不着头脑。 CAS 的代理模式要相对复杂一些，它引入了一些新的概念，我希望能够在这里描述一下其原理，有助于读者在配置和调试 CAS SSO 有更清晰的思路。

如果没记错， CAS 协议应该是由 Drew Mazurek 负责可开发的，从 CAS v1 到现在的 CAS v3 ，整个协议的基础思想都是基于 Kerberos 的票据方式。

CAS v1 非常原始，传送一个用户名居然是 ”yes\ndavid.turing” 的方式， CAS v2 开始使用了 XML 规范，大大增强了可扩展性， CAS v3 开始使用 AOP 技术，让 Spring 爱好者可以轻松配置 CAS Server 到现有的应用环境中。

CAS 是通过 TGT(Ticket Granting Ticket) 来获取 ST(Service Ticket) ，通过 ST 来访问服务，而 CAS 也有对应 TGT ， ST 的实体，而且他们在保护 TGT 的方法上虽然有所区别，但是，最终都可以实现这样一个目的——免去多次登录的麻烦。

下面，我们看看 CAS 的基本协议框架：

基础协议

CAS 基础模式

上图是一个最基础的 CAS 协议， CAS Client 以 Filter 方式保护 Web 应用的受保护资源，过滤从客户端过来的每一个 Web 请求，同时， CAS Client 会分析 HTTP 请求中是否包请求 Service Ticket( 上图中的 Ticket) ，如果没有，则说明该用户是没有经过认证的，于是， CAS Client 会重定向用户请求到 CAS Server （ Step 2 ）。 Step 3 是用户认证过程，如果用户提供了正确的 Credentials ， CAS Server 会产生一个随机的 Service Ticket ，然后，缓存该 Ticket ，并且重定向用户到 CAS Client （附带刚才产生的 Service Ticket ）， Service Ticket 是不可以伪造的，最后， Step 5 和 Step6 是 CAS Client 和 CAS Server 之间完成了一个对用户的身份核实，用 Ticket 查到 Username ，因为 Ticket 是 CAS Server 产生的，因此，所以 CAS Server 的判断是毋庸置疑的。

该协议完成了一个很简单的任务，就是 User(david.turing) 打开 IE ，直接访问 helloservice 应用，它被立即重定向到 CAS Server 进行认证， User 可能感觉到浏览器在 helloservcie 和 casserver 之间重定向，但 User 是看不到， CAS Client 和 CAS Server 相互间的 Service Ticket 核实 (Validation) 过程。当 CAS Server 告知 CAS Client 用户 Service Ticket 对应确凿身份， CAS Client 才会对当前 Request 的用户进行服务。

CAS 如何实现 SSO

当我们的 Web 时代还处于初级阶段的时候， SSO 是通过共享 cookies 来实现，比如，下面三个域名要做 SSO ：

http://www.blogjava.net

http://www.matrix.org.cn

http://www.csdn.net

如果通过 CAS 来集成这三个应用，那么，这三个域名都要做一些域名映射，

http://blogjava.cas.org

http://matrix.cas.org

http://csdn.cas.org

因为是同一个域，所以每个站点都能够共享基于 cas.org 的 cookies 。这种方法原始，不灵活而且有不少安全隐患，已经被抛弃了。

CAS 可以很简单的实现跨域的 SSO ，因为，单点被控制在 CAS Server ，用户最有价值的 TGC-Cookie 只是跟 CAS Server 相关， CAS Server 就只有一个，因此，解决了 cookies 不能跨域的问题。

回到 CAS 的基础协议图，当 Step3 完成之后， CAS Server 会向 User 发送一个 Ticket granting cookie (TGC) 给 User 的浏览器，这个 Cookie 就类似 Kerberos 的 TGT ，下次当用户被 Helloservice2 重定向到 CAS Server 的时候， CAS Server 会主动 Get 到这个 TGC cookie ，然后做下面的事情：

1， 如果 User 的持有 TGC 且其还没失效，那么就走基础协议图的 Step4 ，达到了 SSO 的效果。

2， 如果 TGC 失效，那么用户还是要重新认证 ( 走基础协议图的 Step3) 。

CAS 的代理模式

模式 1 已经能够满足大部分简单的 SSO 应用，现在，我们探讨一种更复杂的情况，即用户访问 helloservice ， helloservice 又依赖于 helloservice2 来获取一些信息，如同：

User à helloservice à helloservice2

这种情况下，假设 helloservice2 也是需要对 User 进行身份验证才能访问，那么，为了不影响用户体验（过多的重定向导致 User 的 IE 窗口不停地 闪动 ) ， CAS 引入了一种 Proxy 认证机制，即 CAS Client 可以代理用户去访问其它 Web 应用。

代理的前提是需要 CAS Client 拥有用户的身份信息 ( 类似凭据 ) 。 与其说之前我们提到的 TGC 是用户持有对自己身份信息的一种凭据，则这里的 PGT 就是 CAS Client 端持有的对用户身份信息的一种凭据。凭借 TGC ， User 可以免去输入密码以获取访问其它服务的 Service Ticket ，所以，这里，凭借 PGT ， Web 应用可以代理用户去实现后端的认证，而无需前端用户的参与。

如下面的 CAS Proxy 图所示， CAS Client 在基础协议之上，提供了一个额外的 PGT URL 给 CAS Server, 于是， CAS Server 可以通过 PGT URL 提供一个 PGT 给 CAS Client 。

初学者可能会对上图的 PGT URL 感到迷惑，或者会问，为什么要这么麻烦，要通过一个额外的 URL( 而且是 SSL 的入口 ) 去传递 PGT ？如果直接在 Step 6 返回，则连用来做对应关系的 PGTIOU 都可以省掉。 PGTIOU 设计是从安全性考虑的，非常必要， CAS 协议安全性问题我会在后面一节介绍。

于是， CAS Client 拿到了 PGT( PGTIOU-85…..ti2td ) ，这个 PGT 跟 TGC 同样地关键， CAS Client 可以通过 PGT 向后端 Web 应用进行认证。如下图所示， Proxy 认证与普通的认证其实差别不大， Step1, 2 与基础模式的 Step 1,2 几乎一样，唯一不同的是， Proxy 模式用的是 PGT 而不是 TGC ，是 Proxy Ticket （ PT ）而不是 Service Ticket 。

最终的结果是， helloservice2 明白 helloservice 所代理的客户是 David. Turing 同学，同时，根据本地策略， helloservice2 有义务为 PGTURL=http://helloservice/proxy 服务 (PGTURL 用于表示一个 Proxy 服务 ) ，于是它传递数据给 helloservice 。这样， helloservice 便完成一个代理者的角色，协助 User 返回他想要的数据。

代理认证模式非常有用，它也是 CAS 协议 v2 的一个最大的变化，这种模式非常适合在复杂的业务领域中应用 SSO 。因为，以前我们实施 SSO 的时候，都是假定以 IE User 为 SSO 的访问者，忽视了业务系统作为 SSO 的访问者角色。