帮你深入理解OAuth2.0协议

如果你开车去酒店赴宴，你经常会苦于找不到停车位而耽误很多时间。是否有好办法可以避免这个问题呢？有的，听说有一些豪车的车主就不担心这个问题。豪车一般配备两种钥匙：主钥匙和泊车钥匙。当你到酒店后，只需要将泊车钥匙交给服务生，停车的事情就由服务生去处理。与主钥匙相比，这种泊车钥匙的使用功能是受限制的：它只能启动发动机并让车行驶一段有限的距离，可以锁车，但无法打开后备箱，无法使用车内其他设备。这里就体现了一种简单的“开放授权”思想：通过一把泊车钥匙，车主便能将汽车的部分使用功能（如启动发动机、行驶一段有限的距离）授权给服务生。

授权是一个古老的概念，它是一个多用户系统必须支持的功能特性。比如，Alice和Bob都是Google的用户，那么Alice应该可以将自己的照片授权给Bob访问。但请注意到，这种授权是一种封闭授权，它只支持系统内部用户之间的相互授权，而不能支持与其他外部系统或用户之间的授权。比如说，Alice想使用“网易印像服务”将她的部分照片冲印出来，她怎么能做到呢？

肯定有人会说，Alice可以将自己的Google用户名和密码告诉网易印像服务，事情不就解决了吗？是的，但只有毫不关注安全和隐私的同学才会出此“绝招”。那么我们就来想一想，这一“绝招”存在哪些问题？(1) 网易印像服务可能会缓存Alice的用户名和密码，而且可能没有加密保护。它一旦遭到攻击，Alice就会躺着中枪。(2) 网易印像服务可以访问Alice在Google上的所有资源，Alice无法对他们进行最小的权限控制，比如只允许访问某一张照片，1小时内访问有效。(3) Alice无法撤消她的单个授权，除非Alice更新密码。

在以Web服务为核心的云计算时代，像用户Alice的这种授权需求变得日益迫切与兴盛，“开放授权(Open Authorization)”也正因此而生，意在帮助Alice将她的资源授权给第三方应用，支持细粒度的权限控制，并且不会泄漏Alice的密码或其它认证凭据。

根据应用场景的不同，目前实现开放授权的方法分为两种：一种是使用OAuth协议[1]；另一种是使用IAM服务[2]。OAuth协议主要适用于针对个人用户对资源的开放授权，比如Google的用户Alice。OAuth的特点是“现场授权”或“在线授权”：客户端主要通过浏览器去访问资源，授权时需要认证Alice的资源所有者身份，并且需要Alice现场审批。OAuth一般在SNS服务中广泛使用，如微博。IAM服务则不同，它的特点是“预先授权”或“离线授权”：客户端主要通过REST API方式去访问资源，资源所有者可以预先知道第三方应用所需要的资源请求，一次授权之后，很少会变更。IAM服务一般在云计算服务中使用，如AWS服务、阿里云计算服务。

本文主要介绍OAuth开放授权。关于以IAM服务提供的开放授权，我将在另一篇博文中介绍。下面我来介绍OAuth 2.0协议、协议的实例化描述、安全性分析。

从引言部分的描述我们可以看出，OAuth的参与实体至少有如下三个：

· RO (resource owner): 资源所有者，对资源具有授权能力的人。如上文中的用户Alice。

· RS (resource server): 资源服务器，它存储资源，并处理对资源的访问请求。如Google资源服务器，它所保管的资源就是用户Alice的照片。

· Client: 第三方应用，它获得RO的授权后便可以去访问RO的资源。如网易印像服务。

· AS (authorization server): 授权服务器，它认证RO的身份，为RO提供授权审批流程，并最终颁发授权令牌(Access Token)。读者请注意，为了便于协议的描述，这里只是在逻辑上把AS与RS区分开来；在物理上，AS与RS的功能可以由同一个服务器来提供服务。

在开放授权中，第三方应用(Client)可能是一个Web站点，也可能是在浏览器中运行的一段JavaScript代码，还可能是安装在本地的一个应用程序。这些第三方应用都有各自的安全特性。对于Web站点来说，它与RO浏览器是分离的，它可以自己保存协议中的敏感数据，这些密钥可以不暴露给RO；对于javascript代码和本地安全的应用程序来说，它本来就运行在RO的浏览器中，RO是可以访问到Client在协议中的敏感数据。

OAuth为了支持这些不同类型的第三方应用，提出了多种授权类型，如授权码 (Authorization Code Grant)、隐式授权 (Implicit Grant)、RO凭证授权 (Resource Owner Password Credentials Grant)、Client凭证授权 (Client Credentials Grant)。由于本文旨在帮助用户理解OAuth协议，所以我将先介绍这些授权类型的基本思路，然后选择其中最核心、最难理解、也是最广泛使用的一种授权类型——“授权码”，进行深入的介绍。

(1) Client请求RO的授权，请求中一般包含：要访问的资源路径，操作类型，Client的身份等信息。

(2) RO批准授权，并将“授权证据”发送给Client。至于RO如何批准，这个是协议之外的事情。典型的做法是，AS提供授权审批界面，让RO显式批准。这个可以参考下一节实例化分析中的描述。

(3) Client向AS请求“访问令牌(Access Token)”。此时，Client需向AS提供RO的“授权证据”，以及Client自己身份的凭证。

(4) AS验证通过后，向Client返回“访问令牌”。访问令牌也有多种类型，若为bearer类型，那么谁持有访问令牌，谁就能访问资源。

(5) Client携带“访问令牌”访问RS上的资源。在令牌的有效期内，Client可以多次携带令牌去访问资源。

(6) RS验证令牌的有效性，比如是否伪造、是否越权、是否过期，验证通过后，才能提供服务。

(1) Client初始化协议的执行流程。首先通过HTTP 302来重定向RO用户代理到AS。Client在redirect_uri中应包含如下参数：client_id, scope (描述被访问的资源), redirect_uri (即Client的URI), state (用于抵制CSRF攻击). 此外，请求中还可以包含access_type和approval_prompt参数。当approval_prompt=force时，AS将提供交互页面，要求RO必须显式地批准（或拒绝）Client的此次请求。如果没有approval_prompt参数，则默认为RO批准此次请求。当access_type=offline时，AS将在颁发access_token时，同时还会颁发一个refresh_token。因为access_token的有效期较短（如3600秒），为了优化协议执行流程，offline方式将允许Client直接持refresh_token来换取一个新的access_token。

(2) AS认证RO身份，并提供页面供RO决定是否批准或拒绝Client的此次请求（当approval_prompt=force时）。

(3) 若请求被批准，AS使用步骤(1)中Client提供的redirect_uri重定向RO用户代理到Client。redirect_uri须包含authorization_code，以及步骤1中Client提供的state。若请求被拒绝，AS将通过redirect_uri返回相应的错误信息。

(4) Client拿authorization_code去访问AS以交换所需的access_token。Client请求信息中应包含用于认证Client身份所需的认证数据，以及上一步请求authorization_code时所用的redirect_uri。

协议所涉及到的细节都已经在图3上了，所以不打算再做详细介绍了。若看懂了此图，OAuth2.0就理解了。

读者请注意，在步骤(4)中，Client需要拿“授权码”去换“授权令牌”时，Client需要向AS证明自己的身份，即证明自己就是步骤(2)中Alice批准授权时的Grantee。这个身份证明的方法主要有两种（图3中使用了第1种）：
(1) 通过https直接将client_secret发送给AS，因为client_secret是由Client与AS所共享，所以只要传送client_secret的信道安全即可。
(2) 通过消息认证码来认证Client身份，典型的算法有HMAC-SHA1。在这种方式下，Client无需传送client_secret，只需发送消息请求的signature即可。由于不需要向AS传递敏感数据，所以它只需要使用http即可。

此外， 在步骤(2)中，Google授权服务器需要认证Alice的RO身份，并提供授权界面给Alice进行授权审批。今天Google提供的实例如图4、图5所示，仅供读者理解OAuth这种“现场授权”或"在线授权"的含义。

(1) 浏览器的redirect_uri是一个不安全信道，此方式不适合于传递敏感数据（如access_token）。因为uri可能通过HTTP referrer被传递给其它恶意站点，也可能存在于浏览器cacher或log文件中，这就给攻击者盗取access_token带来了很多机会。另外，此协议也不应该假设RO用户代理的行为是可信赖的，因为RO的浏览器可能早已被攻击者植入了跨站脚本用来监听access_token。因此，access_token通过RO的用户代理传递给Client，会显著扩大access_token被泄露的风险。 但authorization_code可以通过redirect_uri方式来传递，是因为authorization_code并不像access_token一样敏感。即使authorization_code被泄露，攻击者也无法直接拿到access_token，因为拿authorization_code去交换access_token是需要验证Client的真实身份。也就是说，除了Client之外，其他人拿authorization_code是没有用的。 此外，access_token应该只颁发给Client使用，其他任何主体（包括RO）都不应该获取access_token。协议的设计应能保证Client是唯一有能力获取access_token的主体。引入authorization_code之后，便可以保证Client是access_token的唯一持有人。当然，Client也是唯一的有义务需要保护access_token不被泄露。

(2) 引入authorization_code还会带来如下的好处。由于协议需要验证Client的身份，如果不引入authorization_code，这个Client的身份认证只能通过第1步的redirect_uri来传递。同样由于redirect_uri是一个不安全信道，这就额外要求Client必须使用数字签名技术来进行身份认证，而不能用简单的密码或口令认证方式。引入authorization_code之后，AS可以直接对Client进行身份认证（见步骤4和5），而且可以支持任意的Client认证方式（比如，简单地直接将Client端密钥发送给AS）。