OAuth2认证流程和授权模式

随着微服务的兴起，OAuth2也火了起来，由于其自身的优势，俨然已成为微服务API服务接口安全防护的首选。

例如有一个”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。

1. 介绍

OAuth2（Open Authorization，开放授权）是OAuth的升级版本。OAuth 是一个开放标准，允许用户让第三方应用访问该用户在某一网站上存储的私密的资源（如照片，视频，联系人列表），而无需将用户名和密码提供给第三方应用。

OAuth允许用户提供一个令牌给第三方网站，一个令牌对应一个特定的第三方网站，同时该令牌只能在特定的时间内访问特定的资源。

1.1 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和有效期，向”客户端”开放用户储存的资料。

1.2 角色

• client：（云冲印）: 客户端代表向受保护资源进行资源请求的第三方应用程序
• resource owner（用户）：资源所有者，指终端的“用户”（user）
• authorization server（谷歌授权）： 授权服务器， 在验证资源所有者并获得授权成功后，将发放访问令牌给客户端
• resource server：（谷歌照片存放）资源服务器，即服务提供商存放受保护资源。访问这些资源，需要获得访问令牌（access token）

1.3 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。

不难看出来，上面六个步骤之中，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。

2. 授权模式

客户端必须得到用户的授权（authorization grant），才能获得令牌（access token）。OAuth 2.0定义了四种授权方式。

2.1 授权码模式（authorization code）

授权码模式（authorization code）是功能最完整、流程最严密的授权模式。它的特点就是通过客户端的后台服务器，与”服务提供商”的认证服务器进行互动。

（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）。

下面是上面这些步骤所需要的参数。

A步骤中，客户端申请认证的URI，包含以下参数：

• response_type：表示授权类型，必选项，此处的值固定为”code”
• client_id：表示客户端的ID，必选项
• redirect_uri：表示重定向URI，可选项
• scope：表示申请的权限范围，可选项
• state：表示客户端的当前状态，可以指定任意值，认证服务器会原封不动地返回这个值。

下面是一个例子。

GET /authorize?response_type=code&client_id=s6BhdRkqt3&state=xyz&redirect_uri=https://client.example.com/cb 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：

• code：表示授权码，必选项。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。
• 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。

下面是一个例子。

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：

• grant_type：表示使用的授权模式，必选项，此处的值固定为”authorization_code”。
• code：表示上一步获得的授权码，必选项。
• redirect_uri：表示重定向URI，必选项，且必须与A步骤中的该参数值保持一致。
• client_id：表示客户端ID，必选项。

下面是一个例子。

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://client.example.com/cb

E步骤中，认证服务器发送的HTTP回复，包含以下参数：

• access_token：表示访问令牌，必选项。
• token_type：表示令牌类型，该值大小写不敏感，必选项，可以是bearer类型或mac类型。
• expires_in：表示过期时间，单位为秒。如果省略该参数，必须其他方式设置过期时间。
• refresh_token：表示更新令牌，用来获取下一次的访问令牌，可选项。
• scope：表示权限范围，如果与客户端申请的范围一致，此项可省略。

下面是一个例子。

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"
}

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。

2.2 隐藏模式（implicit）

这种方式把令牌直接传给前端，是很不安全的。因此，只能用于一些安全要求不高的场景，并且令牌的有效期必须非常短，通常就是会话期间（session）有效，浏览器关掉，令牌就失效了。

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。

（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：

• response_type：表示授权类型，此处的值固定为”token”，必选项。
• client_id：表示客户端的ID，必选项。
• redirect_uri：表示重定向的URI，可选项。
• scope：表示权限范围，可选项。
• state：表示客户端的当前状态，可以指定任意值，认证服务器会原封不动地返回这个值。

下面是一个例子。

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：

• access_token：表示访问令牌，必选项。
• token_type：表示令牌类型，该值大小写不敏感，必选项。
• expires_in：表示过期时间，单位为秒。如果省略该参数，必须其他方式设置过期时间。
• scope：表示权限范围，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。

下面是一个例子。

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

2.3 密码模式（resource owner password credentials）

密码模式（Resource Owner Password Credentials Grant）中，用户向客户端提供自己的用户名和密码。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。这通常用在用户对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：

• grant_type：表示授权类型，此处的值固定为”password”，必选项。
• username：表示用户名，必选项。
• password：表示用户的密码，必选项。
• scope：表示权限范围，可选项。

下面是一个例子。

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，下面是一个例子。

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"
}

整个过程中，客户端不得保存用户的密码。

2.4 客户端模式（client credentials）

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：

• granttype：表示授权类型，此处的值固定为”clientcredentials”，必选项。
• scope：表示权限范围，可选项。

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。

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"
}

3. 使用

3.1 令牌的使用

A 网站拿到令牌以后，就可以向 B 网站的 API 请求数据了。
此时，每个发到 API 的请求，都必须带有令牌。具体做法是在请求的头信息，加上一个Authorization字段，令牌就放在这个字段里面。

curl -H “Authorization: Bearer ACCESS_TOKEN” “https://api.b.com"

上面命令中，ACCESS_TOKEN就是拿到的令牌。

3.2 更新令牌

如果用户访问的时候，客户端的”访问令牌”已经过期，则需要使用”更新令牌”申请一个新的访问令牌。

客户端发出更新令牌的HTTP请求，包含以下参数：

• grant_type：表示使用的授权模式，此处的值固定为”refresh_token”，必选项。
• refresh_token：表示早前收到的更新令牌，必选项。
• scope：表示申请的授权范围，不可以超出上一次申请的范围，如果省略该参数，则表示与上一次一致。

下面是一个例子。

POST /token HTTP/1.1
Host: server.example.com
Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=refresh_token&refresh_token=tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA

4. 参考资料

• http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/05/oauth_2_0.html
• https://www.ruanyifeng.com/blog/2019/04/github-oauth.html