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安全宣告標記語言SAML2.0初探

2020-12-14 16:13:18 軟體設計

文章目錄

  • 簡介
  • SAML的構成
  • SAML的優勢
  • SAML是怎么作業的
    • SP redirect request; IdP POST response
    • SP POST Request; IdP POST Response
    • SP redirect artifact; IdP redirect artifact
  • 總結

簡介

SAML的全稱是Security Assertion Markup Language， 是由OASIS制定的一套基于XML格式的開放標準，用在身份提供者（IdP）和服務提供者 (SP)之間交換身份驗證和授權資料，

SAML的一個非常重要的應用就是基于Web的單點登錄（SSO），

接下來我們一起來看看SAML是怎么作業的，

SAML的構成

在SAML協議中定義了三個角色，分別是principal：代表主體通常表示人類用戶，identity provider (IdP)身份提供者和service provider (SP)服務提供者，

IdP的作用就是進行身份認證，并且將用戶的認證資訊和授權資訊傳遞給服務提供者，

SP的作用就是進行用戶認證資訊的驗證，并且授權用戶訪問指定的資源資訊，

SAML的優勢

為什么要使用SAML呢？

第一可以提升用戶體驗，如果系統使用SAML，那么可以在登錄一次的情況下，訪問多個不同的系統服務，這實際上也是SSO的優勢，用戶不需要分別記住多個系統的用戶名和密碼，只用一個就夠了，

第二可以提升系統的安全性，使用SAML，我們只需要向IdP提供用戶名密碼即可，

第三用戶的認證資訊不需要保存在所有的資源服務器上面，只需要在在IdP中存盤一份就夠了，

SAML是怎么作業的

接下來，我們通過一個用SAML進行SSO認證的流程圖，來分析一下SAML是怎么作業的，

根據請求方式有redirect和post的不同，使用SAML來進行SSO認證有通常有三種方式，我們一一道來，

SP redirect request; IdP POST response

上圖中User Agent就是web瀏覽器，我們看一下如果用戶想請求Service Provider的資源的時候，SAML協議是怎么處理的，

  1. 用戶通過User Agent請求Service Provider,比如：
http://sp.flydean.com/myresource

SP將會對該資源進行相應的安全檢查，如果發現已經有一個有效的安全背景關系的話，SP將會跳過2-7步，直接進入第8步，

  1. 如果在第一步的時候，SP并沒有找到相應的有效安全背景關系的話，則會生成對應的SAMLRequest，并將User Agent重定向到IdP：
302 Redirect
Location: https://idp.flydean.com/SAML2/SSO/Redirect?SAMLRequest=request&RelayState=token

RelayState是SP維護的一個狀態資訊，主要用來防止CSRF攻擊，

其中這個SAMLRequest是用Base64編碼的samlp:AuthnRequest，下面是一個samlp:AuthnRequest的例子：

  <samlp:AuthnRequest
    xmlns:samlp="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:protocol"
    xmlns:saml="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:assertion"
    ID="aaf23196-1773-2113-474a-fe114412ab72"
    Version="2.0"
    IssueInstant="2020-09-05T09:21:59Z"
    AssertionConsumerServiceIndex="0"
    AttributeConsumingServiceIndex="0">
    <saml:Issuer>https://sp.flydean.com/SAML2</saml:Issuer>
    <samlp:NameIDPolicy
      AllowCreate="true"
      Format="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:nameid-format:transient"/>
  </samlp:AuthnRequest>

為了安全起見，SAMLRequest還可以使用SP提供的簽名key來進行簽名，

  1. User agent將會發送一個get請求到IdP的SSO server :
GET /SAML2/SSO/Redirect?SAMLRequest=request&RelayState=token HTTP/1.1
Host: idp.flydean.com

IdP收到這個AuthnRequest請求之后，將會進行安全驗證，如果是合法的AuthnRequest，那么將會展示登錄界面，

  1. 用戶可以輸入用戶名密碼進行登錄，登錄成功之后，IdP將會回傳一個XHTML form：
  <form method="post" action="https://sp.flydean.com/SAML2/SSO/POST" ...>
    <input type="hidden" name="SAMLResponse" value="response" />
    <input type="hidden" name="RelayState" value="token" />
    ...
    <input type="submit" value="Submit" />
  </form>

這個form中包含了SAMLResponse資訊，SAMLResponse中包含了用戶相關的資訊，

同樣的SAMLResponse也是使用Base64進行編碼過的samlp:Response，

<samlp:Response
    xmlns:samlp="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:protocol"
    xmlns:saml="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:assertion"
    ID="identifier_2"
    InResponseTo="identifier_1"
    Version="2.0"
    IssueInstant="2020-09-05T09:22:05Z"
    Destination="https://sp.flydean.com/SAML2/SSO/POST">
    <saml:Issuer>https://idp.flydean.com/SAML2</saml:Issuer>
    <samlp:Status>
      <samlp:StatusCode
        Value="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:status:Success"/>
    </samlp:Status>
    <saml:Assertion
      xmlns:saml="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:assertion"
      ID="identifier_3"
      Version="2.0"
      IssueInstant="2020-09-05T09:22:05Z">
      <saml:Issuer>https://idp.flydean.com/SAML2</saml:Issuer>
      <!-- a POSTed assertion MUST be signed -->
      <ds:Signature
        xmlns:ds="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">...</ds:Signature>
      <saml:Subject>
        <saml:NameID
          Format="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:nameid-format:transient">
          3f7b3dcf-1674-4ecd-92c8-1544f346baf8
        </saml:NameID>
        <saml:SubjectConfirmation
          Method="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:cm:bearer">
          <saml:SubjectConfirmationData
            InResponseTo="identifier_1"
            Recipient="https://sp.flydean.com/SAML2/SSO/POST"
            NotOnOrAfter="2020-09-05T09:27:05Z"/>
        </saml:SubjectConfirmation>
      </saml:Subject>
      <saml:Conditions
        NotBefore="2020-09-05T09:17:05Z"
        NotOnOrAfter="2020-09-05T09:27:05Z">
        <saml:AudienceRestriction>
          <saml:Audience>https://sp.flydean.com/SAML2</saml:Audience>
        </saml:AudienceRestriction>
      </saml:Conditions>
      <saml:AuthnStatement
        AuthnInstant="2020-09-05T09:22:00Z"
        SessionIndex="identifier_3">
        <saml:AuthnContext>
          <saml:AuthnContextClassRef>
            urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:ac:classes:PasswordProtectedTransport
         </saml:AuthnContextClassRef>
        </saml:AuthnContext>
      </saml:AuthnStatement>
    </saml:Assertion>
  </samlp:Response>

我們可以看到samlp:Response中包含有saml:Assertion資訊，

  1. user agent 收到XHTML form之后將會提交該form給SP，

  2. SP中的assertion consumer service將會處理這個請求，創建相關的安全背景關系，并將user agent重定向到要訪問的資源頁面，

  3. user agent再次請求SP資源，

  4. 因為安全背景關系已經創建完畢，SP可以直接回傳相應的資源，不用再次到IdP進行認證，

我們可以看到上面的所有的資訊交換都是由前端瀏覽器來完成的，在SP和IdP之間不存在直接的通信，

這種全部由前端來完成資訊交換的方式好處就是協議流非常簡單，所有的訊息都是簡單的GET或者POST請求，

如果為了提高安全性，也可以使用參考訊息，也就是說IdP回傳的不是直接的SAML assertion，而是一個SAML assertion的參考，SP收到這個參考之后，可以從后臺再去查詢真實的SAML assertion，從而提高了安全性，

SP POST Request; IdP POST Response

剛剛講的是SP redirect Request,這里我們看一下SP POST request是怎么做的：

和第一種方式的不同之處在于第二步和第三步，

第二步：SP不再進行redirect了，而是回傳一個XHTML form給User agent：

  <form method="post" action="https://idp.flydean.com/SAML2/SSO/POST" ...>
    <input type="hidden" name="SAMLRequest" value="request" />
    <input type="hidden" name="RelayState" value="token" />
    ...
    <input type="submit" value="Submit" />
  </form>

第三步：拿到第二步的XHTML form之后，User agent將該form post到IdP SSO server，

從第四步開始就和第一種方式是一樣的了，

SP redirect artifact; IdP redirect artifact

第三種方式，SP和IdP都用的是redirect，但是redirect的內容都是artifact，

之前我們講了SAML message可以以值的方式也可以以參考的方式來進行傳遞，

而這種以參考的傳遞方式就是artifact，

收到artifact的receiver會發送一個samlp:ArtifactResolve 給issuer，從而獲得真正的message，

下面是一個向IdP請求message的例子：

  <samlp:ArtifactResolve
    xmlns:samlp="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:protocol"
    xmlns:saml="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:assertion"
    ID="_cce4ee769ed970b501d680f697989d14"
    Version="2.0"
    IssueInstant="2020-09-05T09:21:58Z">
    <saml:Issuer>https://idp.flydean.com/SAML2</saml:Issuer>
    <!-- an ArtifactResolve message SHOULD be signed -->
    <ds:Signature
      xmlns:ds="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">...</ds:Signature>
    <samlp:Artifact>AAQAAMh48/1oXIM+sDo7Dh2qMp1HM4IF5DaRNmDj6RdUmllwn9jJHyEgIi8=</samlp:Artifact>
  </samlp:ArtifactResolve>

相應的server會回傳一個包含samlp:AuthnRequest的samlp:ArtifactResponse：

<samlp:ArtifactResponse
    xmlns:samlp="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:protocol"
    ID="_d84a49e5958803dedcff4c984c2b0d95"
    InResponseTo="_cce4ee769ed970b501d680f697989d14"
    Version="2.0"
    IssueInstant="2020-09-05T09:21:59Z">
    <!-- an ArtifactResponse message SHOULD be signed -->
    <ds:Signature
      xmlns:ds="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">...</ds:Signature>
    <samlp:Status>
      <samlp:StatusCode
        Value="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:status:Success"/>
    </samlp:Status>
    <samlp:AuthnRequest
      xmlns:samlp="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:protocol"
      xmlns:saml="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:assertion"
      ID="_306f8ec5b618f361c70b6ffb1480eade"
      Version="2.0"
      IssueInstant="2020-09-05T09:21:59Z"
      Destination="https://idp.flydean.com/SAML2/SSO/Artifact"
      ProtocolBinding="urn:oasis:names:tc:SAML:2.0:bindings:HTTP-Artifact"
      AssertionConsumerServiceURL="https://sp.flydean.com/SAML2/SSO/Artifact">
      <saml:Issuer>https://sp.flydean.com/SAML2</saml:Issuer>
      <samlp:NameIDPolicy
        AllowCreate="false"
        Format="urn:oasis:names:tc:SAML:1.1:nameid-format:emailAddress"/>
    </samlp:AuthnRequest>
  </samlp:ArtifactResponse>

看下第三種方式的流程圖：

可以看到這種方式和前面兩種方式的區別就是多了一個請求真實message的步驟，

以第三，四，五步為例：

第三步user agent請求IdP的SSO server：

 https://idp.example.org/SAML2/SSO/Artifact?SAMLart=artifact_1&RelayState=token

注意這里請求的引數變成了SAMLart，

第四步，IdP需要發送一個samlp:ArtifactResolve到SP來請求真正的samlp:AuthnRequest，

第五步，SP回傳一個samlp:ArtifactResponse 包含samlp:AuthnRequest，

總結

SAML協議和它的基本用法就是上面這樣，下面的文章我們會舉一個具體的例子，來講解如何應用SAML協議，

本文作者：flydean程式那些事

本文鏈接：http://www.flydean.com/saml-startup/

本文來源：flydean的博客

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