1. CAS簡介
1.1. What is CAS？
CAS（Central Authentication Service） 是 Yale大學發起的一個企業級的、開源的項目，旨在爲 Web 應用系統提供一種可靠的單點登錄解決方法（屬於Web SSO）。
CAS開始於2001年， 並在 2004年 12月正式成爲JA-SIG的一個項目。
1.2. 主要特性
1、 開源的、多協議的SSO解決方案；Protocols：Custom Protocol、CAS、OAuth、OpenID、RESTful API、SAML1.1、SAML2.0等。
2、 支持多種認證機制：Active Directory、JAAS、JDBC、LDAP、X.509 Certificates等；
3、 安全策略：使用票據（Ticket）來實現支持的認證協議；
4、 支持授權：可以決定哪些服務可以請求和驗證服務票據（Service Ticket）；
5、 提供高可用性：通過把認證過的狀態數據存儲在TicketRegistry組件中，這些組件有很多支持分佈式環境的實現，如：BerkleyDB、Default 、EhcacheTicketRegistry、JDBCTicketRegistry、JBOSS TreeCache、JpaTicketRegistry、MemcacheTicketRegistry等；
6、 支持多種客戶端： Java、 .Net、 PHP、 Perl、 Apache, uPortal等。
2. SSO單點登錄原理
本文內容主要針對Web SSO。
2.1. 什麼是SSO
單點登錄（Single Sign-On ,簡稱SSO）是目前比較流行的服務於企業業務整合的解決方案之一，SSO 使得在多個應用系統中，用戶只需要登錄一次就可以訪問所有相互信任的應用系統。
2.2. SSO原理
2.2.1. SSO體系中的角色
一般SSO體系主要角色有三種：
1、 User（多個）
2、 Web應用（多個）
3、 SSO認證中心（1個）
2.2.2. SSO實現模式的原則
SSO實現模式一般包括以下三個原則：
1、 所有的認證登錄都在SSO認證中心進行；
2、 SSO認證中心通過一些方法來告訴 Web 應用當前訪問用戶究竟是不是已通過認證的用戶；
3、 SSO 認證中心和所有的 Web 應用建立一種信任關係，也就是說web應用必須信任認證中心。（單點信任）
2.2.3. SSO主要實現方式
SSO的主要實現方式有：
1、 共享cookies
基於共享同域的cookie是Web剛開始階段時使用的一種方式，它利用瀏覽同域名之間自動傳遞cookies機制，實現兩個域名之間系統令牌傳遞問題；另外，關於跨域問題，雖然cookies本身不跨域，但可以利用它實現跨域的SSO。如：代理、暴露SSO令牌值等。
缺點：不靈活而且有不少安全隱患，已經被拋棄。
2、 Broker-based(基於經紀人)
這種技術的特點就是，有一個集中的認證和用戶帳號管理的服務器。經紀人給被用於進一步請求的電子身份存取。中央數據庫的使用減少了管理的代價，併爲認證提供一個公共和獨立的"第三方"。例如Kerberos、Sesame、IBM KryptoKnight（憑證庫思想)等。Kerberos是由麻省理工大學發明的安全認證服務，已經被UNIX和Windows作爲默認的安全認證服務集成進操作系統。
3、 Agent-based（基於代理人）
在這種解決方案中，有一個自動地爲不同的應用程序認證用戶身份的代理程序。這個代理程序需要設計有不同的功能。比如，它可以使用口令表或加密密鑰來自動地將認證的負擔從用戶移開。代理人被放在服務器上面，在服務器的認證系統和客戶端認證方法之間充當一個"翻譯"。例如SSH等。
4、 Token-based
例如SecureID,WebID，現在被廣泛使用的口令認證，比如FTP、郵件服務器的登錄認證，這是一種簡單易用的方式，實現一個口令在多種應用當中使用。
5、 基於網關
6、 基於SAML
SAML(Security Assertion Markup Language，安全斷言標記語言）的出現大大簡化了SSO，並被OASIS批准爲SSO的執行標準。開源組織OpenSAML 實現了 SAML 規範。
3. CAS的基本原理
3.1. 結構體系
從結構體系看，CAS包括兩部分：CAS Server和CAS Client。
3.1.1. CAS Server
CAS Server負責完成對用戶的認證工作, 需要獨立部署, CAS Server 會處理用戶名 / 密碼等憑證 (Credentials)。
3.1.2. CAS Client
負責處理對客戶端受保護資源的訪問請求，需要對請求方進行身份認證時，重定向到CAS Server進行認證。（原則上，客戶端應用不再接受任何的用戶名密碼等 Credentials）。
CAS Client 與受保護的客戶端應用部署在一起，以 Filter 方式保護受保護的資源。
3.2. CAS原理和協議
3.2.1. 基礎模式
基礎模式SSO訪問流程主要有以下步驟：
1. 訪問服務：SSO客戶端發送請求訪問應用系統提供的服務資源。
2. 定向認證：SSO客戶端會重定向用戶請求到SSO服務器。
3. 用戶認證：用戶身份認證。
4. 發放票據：SSO服務器會產生一個隨機的Service Ticket。
5. 驗證票據：SSO服務器驗證票據Service Ticket的合法性，驗證通過後，允許客戶端訪問服務。
6. 傳輸用戶信息：SSO服務器驗證票據通過後，傳輸用戶認證結果信息給客戶端。
下面是CAS 最基本的協議過程：
基礎協議圖
如上圖：CAS Client 與受保護的客戶端應用部署在一起，以Filter方式保護Web應用的受保護資源，過濾從客戶端過來的每一個Web請求，同時，CAS Client 會分析HTTP請求中是否包含請求Service Ticket( ST上圖中的Ticket) ，如果沒有，則說明該用戶是沒有經過認證的；於是CAS Client 會重定向用戶請求到 CAS Server（Step 2），並傳遞Service（要訪問的目的資源地址）。 Step 3是用戶認證過程，如果用戶提供了正確的Credentials， CAS Server隨機產生一個相當長度、唯一、不可僞造的Service Ticket，並緩存以待將來驗證，並且重定向用戶到Service 所在地址（附帶剛纔產生的Service Ticket ）, 併爲客戶端瀏覽器設置一個Ticket Granted Cookie（TGC）；CAS Client 在拿到Service和新產生的 Ticket過後，在Step 5和Step6中與CAS Server進行身份覈實，以確保 Service Ticket 的合法性。
在該協議中，所有與CAS Server的交互均採用SSL協議，以確保ST和TGC的安全性。協議工作過程中會有2次重定向的過程。但是 CAS Client與CAS Server之間進行Ticket驗證的過程對於用戶是透明的（使用HttpsURLConnection）。
CAS請求認證時序圖如下：
3.2.1. CAS 如何實現 SSO
當用戶訪問另一個應用的服務再次被重定向到CAS Server的時候，CAS Server會主動獲到這個TGC cookie，然後做下面的事情：
1) 如果User持有TGC且其還沒失效，那麼就走基礎協議圖的Step4，達到了 SSO 的效果；
2) 如果TGC失效，那麼用戶還是要重新認證 (走基礎協議圖的Step3)。
3.2.2. CAS代理模式
該模式形式爲用戶訪問App1，App1又依賴於App2來獲取一些信息，如：User -->App1 -->App2 。
這種情況下，假設App2也是需要對User進行身份驗證才能訪問，那麼，爲了不影響用戶體驗（過多的重定向導致User的IE窗口不停地閃動)，CAS引入了一種Proxy認證機制，即CAS Client可以代理用戶去訪問其它Web應用。
代理的前提是需要CAS Client擁有用戶的身份信息(類似憑據)。之前我們提到的TGC是用戶持有對自己身份信息的一種憑據，這裏的PGT就是CAS Client端持有的對用戶身份信息的一種憑據。憑藉TGC，User可以免去輸入密碼以獲取訪問其它服務的Service Ticket，所以，這裏憑藉PGT，Web應用可以代理用戶去實現後端的認證，而無需前端用戶的參與。
下面爲代理應用（helloService）獲取PGT的過程：（注：PGTURL用於表示一個Proxy服務，是一個回調鏈接；PGT相當於代理證；PGTIOU爲取代理證的鑰匙，用來與PGT做關聯關係；）
如上面的CAS Proxy圖所示，CAS Client 在基礎協議之上，在驗證ST時提供了一個額外的PGT URL(而且是 SSL 的入口)給CAS Server，使得CAS Server可以通過PGT URL提供一個PGT給CAS Client。
CAS Client拿到了PGT(PGTIOU-85…..ti2td)，就可以通過PGT向後端Web應用進行認證。
下面是代理認證和提供服務的過程：
如上圖所示，Proxy認證與普通的認證其實差別不大，Step1，2與基礎模式的Step1,2幾乎一樣，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。
3.2.3. 輔助說明
CAS的SSO實現方式可簡化理解爲：1個Cookie和N個Session。CAS Server創建cookie，在所有應用認證時使用，各應用通過創建各自的Session來標識用戶是否已登錄。
用戶在一個應用驗證通過後，以後用戶在同一瀏覽器裏訪問此應用時，客戶端應用中的過濾器會在session裏讀取到用戶信息，所以就不會去CAS Server認證。如果在此瀏覽器裏訪問別的web應用時，客戶端應用中的過濾器在session裏讀取不到用戶信息，就會去CAS Server的login接口認證，但這時CAS Server會讀取到瀏覽器傳來的cookie（TGC），所以CAS Server不會要求用戶去登錄頁面登錄，只是會根據service參數生成一個Ticket，然後再和web應用做一個驗證ticket的交互而已。
3.3. 術語解釋
CAS系統中設計了5中票據：TGC、ST、PGT、PGTIOU、PT。
Ø Ticket-granting cookie(TGC)：存放用戶身份認證憑證的cookie，在瀏覽器和CAS Server間通訊時使用，並且只能基於安全通道傳輸（Https），是CAS Server用來明確用戶身份的憑證；
Ø Service ticket(ST)：服務票據，服務的惟一標識碼,由CAS Server發出（Http傳送），通過客戶端瀏覽器到達業務服務器端；一個特定的服務只能有一個惟一的ST；
Ø Proxy-Granting ticket（PGT）：由CAS Server頒發給擁有ST憑證的服務，PGT綁定一個用戶的特定服務，使其擁有向CAS Server申請，獲得PT的能力；
Ø Proxy-Granting Ticket I Owe You（PGTIOU）:作用是將通過憑證校驗時的應答信息由CAS Server 返回給CAS Client，同時，與該PGTIOU對應的PGT將通過回調鏈接傳給Web應用。Web應用負責維護PGTIOU與PGT之間映射關係的內容表；
Ø Proxy Ticket (PT)：是應用程序代理用戶身份對目標程序進行訪問的憑證；
其它說明如下：
Ø Ticket Granting ticket(TGT)：票據授權票據，由KDC的AS發放。即獲取這樣一張票據後，以後申請各種其他服務票據(ST)便不必再向KDC提交身份認證信息(Credentials)；
Ø Authentication service(AS) ---------認證用服務，索取Credentials，發放TGT；
Ø Ticket-granting service (TGS) ---------票據授權服務，索取TGT，發放ST；
Ø KDC( Key Distribution Center ) ----------密鑰發放中心；
4. CAS安全性
CAS的安全性僅僅依賴於SSL。使用的是secure cookie。
4.1. TGC/PGT安全性
對於一個 CAS 用戶來說，最重要是要保護它的TGC，如果TGC不慎被CAS Server以外的實體獲得，Hacker能夠找到該TGC，然後冒充CAS用戶訪問所有授權資源。PGT的角色跟TGC是一樣的。
從基礎模式可以看出， TGC是CAS Server通過SSL方式發送給終端用戶，因此，要截取TGC難度非常大，從而確保CAS的安全性。
TGT的存活週期默認爲120分鐘。
4.2. ST/PT安全性
ST（Service Ticket）是通過Http傳送的，因此網絡中的其他人可以Sniffer到其他人的Ticket。CAS通過以下幾方面來使ST變得更加安全（事實上都是可以配置的）：
1、 ST只能使用一次
CAS協議規定，無論 Service Ticket驗證是否成功， CAS Server都會清除服務端緩存中的該Ticket，從而可以確保一個Service Ticket不被使用兩次。
2、 ST在一段時間內失效
CAS規定ST只能存活一定的時間，然後CAS Server會讓它失效。默認有效時間爲5分鐘。
3、 ST是基於隨機數生成的
ST必須足夠隨機，如果ST生成規則被猜出，Hacker就等於繞過CAS認證，直接訪問對應的服務。
5. 參考資料
1、 https://wiki.jasig.org/display/CASUM/Introduction
2、 http://www.jasig.org/cas/protocol/
3、 http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-cas/index.html
4、 http://www.blogjava.net/security/archive/2006/10/02/sso_in_action.html
5、 http://baike.baidu.com/view/190743.htm