微服务安全（一）

前言

在微服务架构中一个应用通常会被拆分成一系列的微服务，这些微服务需要对访问者进行身份认证及鉴权，而此时进行应用安全管理，针对的不仅仅是用户请求，还包含其他微服务的调用。这时候安全管理由原来单一的“用户-服务”场景，变成了“用户-服务”“服务-服务”的多种场景。而且对于微服务架构而言，动辄就要面对数十个乃至上百个微服务之间的调用，那么该如何为这些调用提供高效安全的身份认证及鉴权呢？而且，当这些微服务面对外部用户请求时，如何提供细粒度的安全管控方案也是一个极为重要的问题。

为了解决微服务架构的安全问题，主要有如下四种解决方案：

  • 单点登录（SSO）方案
  • 分布式会话（Session）方案
  • 客户端令牌（Token）方案
  • 客户端令牌与API网关结合

需要注意的是，这几种解决方案彼此之间并不是毫无关系，反而是关联紧密层层递进，为开发者如何解决微服务架构下的安全问题提供了重要的指导作用。

 

单点登录（SSO）方案

简单来说，单点登录就是在多个系统中，用户只需一次登录，其他各个系统均可感知该用户已经登录。

一般的单点登录方案实现思路如下：

  • 用户登录时，验证用户的账户和密码
  • 生成一个Token保存在数据库中，将Token写到Cookie中
  • 将用户数据保存在Session中
  • 请求时都会带上Cookie，检查有没有登录，如果已经登录则放行

单点登录方案是最常见的解决方案，但需要每个与用户交互的服务都必须与认证服务进行通信，这不但会造成重复，也会产生大量琐碎的网络流量；

 

分布式会话（Session）方案

上面又说道，单点登录功能主要是用Session保存用户信息来实现的。但是多系统可能有多个Tomcat，而Session是依赖当前系统的Tomcat，所以系统A的Session和系统B的Session是不共享的。为了解决Session不共享问题，又产生了几种解决方案：

  • Tomcat集群Session全局复制（集群内每个Tomcat的Session完全同步）
  • 根据请求的IP进行Hash映射到对应的机器上（这就相当于请求的IP一直会访问同一个服务器）
  • 把Session数据放在Redis中

前两种方案分别存在影响性能以及单系统故障数据丢失的问题，因此一般情况下会建议采用第三种方案，这也就是分布式会话方案。

通过将用户会话信息存储在共享存储（如Redis）中，并使用用户会话的ID作为key来实现分布式哈希映射。当用户访问微服务时，会话数据就可以从共享存储中获取。该解决方案在高可用和扩展方面都很好，但是由于会话信息保存在共享存储中，所以需要一定的保护机制保护数据安全，因此在具体的实现中会具有比较高的复杂度。

 

客户端令牌（Token）方案

令牌由客户端生成，并由认证服务器签名。在令牌中会包含足够的信息，客户端在请求时会将令牌附加在请求上，从而为各个微服务提供用户身份数据。此方案解决了分布式会话方案的安全性问题，但如何及时注销用户认证信息则是一个大问题，虽然可以使用短期令牌并频繁地与认证服务器进行校验，但并不可以彻底解决。JWT（JSON Web Tokens）是非常出名的客户端令牌解决方案，它足够简单，并且对各种环境支持程度也比较高。

 

客户端令牌与API网关结合

通过在微服务架构中实施API网关，可以将原始的客户端令牌转换为内部会话令牌。一方面可以有效地隐藏微服务，另一方面通过API网关的统一入口可以实现令牌的注销处理。

 

总结

随着近几年云服务应用的发展，基于令牌（Token）的认证使用范围也越来越广。对于基于令牌认证通常包含下面几层含义：

  • 令牌是认证用户信息的集合，而不仅仅是一个无意义的ID；
  • 在令牌中已经包含足够多的信息，验证令牌就可以完成用户身份的校验，从而减轻了因为用户验证需要检索数据库的压力，提升了系统性能；
  • 因为令牌是需要服务器进行签名发放的，所以如果令牌通过解码认证，我们就可以认为该令牌所包含的信息是合法有效的；
  • 服务器会通过HTTP头部中的Authorization获取令牌信息并进行检查，并不需要在服务器端存储任何信息；
  • 通过服务器对令牌的检查机制，可以将基于令牌的认证使用在基于浏览器的客户端和移动设备的App或是第三方应用上；
  • 可以支持跨程序调用。基于Cookie是不允许垮域访问的，而令牌则不存在这个问题

综上所述，基于令牌的认证由于会包含认证用户的相关信息，因此可以通过验证令牌来完成用户身份的校验，完全不同于之前基于会话的认证。因此，基于令牌的这个优点，像微信、支付宝、微博及GitHub等，都推出了基于令牌的认证服务，用于访问所开放的API及单点登录。

 

参考资料：

《Spring Cloud微服务架构开发实战》

//zhuanlan.zhihu.com/p/66037342

 

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