安全宣告標記語言SAML2.0初探

flydean發表於2020-12-13

目錄

簡介

SAML的全稱是Security Assertion Markup Language， 是由OASIS制定的一套基於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於Web的單點登入（SSO）。

接下來我們一起來看看SAML是怎麼工作的。

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使用者。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，並且將使用者的認證資訊和授權資訊傳遞給服務提供者。

SP的作用就是進行使用者認證資訊的驗證，並且授權使用者訪問指定的資源資訊。

SAML的優勢

為什麼要使用SAML呢？

第一可以提升使用者體驗，如果系統使用SAML，那麼可以在登入一次的情況下，訪問多個不同的系統服務。這實際上也是SSO的優勢，使用者不需要分別記住多個系統的使用者名稱和密碼，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提供使用者名稱密碼即可，

第三使用者的認證資訊不需要儲存在所有的資源伺服器上面，只需要在在IdP中儲存一份就夠了。

SAML是怎麼工作的

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是怎麼工作的。

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，我們看一下如果使用者想請求Service Provider的資源的時候，SAML協議是怎麼處理的。

  1. 使用者通過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上下文的話，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並沒有找到相應的有效安全上下文的話，則會生成對應的SAMLRequest，並將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將會傳送一個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請求之後，將會進行安全驗證，如果是合法的AuthnRequest，那麼將會展示登入介面。

  1. 使用者可以輸入使用者名稱密碼進行登入。登入成功之後，IdP將會返回一個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中包含了使用者相關的資訊。

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之後將會提交該form給SP。

  2. SP中的assertion consumer service將會處理這個請求，建立相關的安全上下文，並將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. 因為安全上下文已經建立完畢，SP可以直接返回相應的資源，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訊。

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，也可以使用引用訊息。也就是說IdP返回的不是直接的SAML assertion，而是一個SAML assertion的引用。SP收到這個引用之後，可以從後臺再去查詢真實的SAML assertion，從而提高了安全性。

SP POST Request; IdP POST Response

剛剛講的是SP redirect Request,這裡我們看一下SP POST request是怎麼做的：

和第一種方式的不同之處在於第二步和第三步。

第二步：SP不再進行redirect了，而是返回一個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之後，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引用的方式來進行傳遞。

而這種以引用的傳遞方式就是artifact。

收到artifact的receiver會傳送一個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會返回一個包含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

注意這裡請求的引數變成了SAMLart。

第四步，IdP需要傳送一個samlp:ArtifactResolve到SP來請求真正的samlp:AuthnRequest。

第五步，SP返回一個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

本文連結：http://www.flydean.com/saml-startup/

本文來源：flydean的部落格

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