oauth2.0理解与应用

OAuth是一个关于授权（authorization）的开放网络标准，在全世界得到广泛应用，目前的版本是2.0版，可参考：RFC 6749。

OAuth 引入了一个授权层，用来分离两种不同的角色：客户端和资源所有者。资源所有者同意以后，资源服务器可以向客户端颁发令牌。客户端通过令牌，去请求数据。Oauth的核心就是向第三方应用颁发令牌（token）。

一、应用场景

为了理解OAuth的适用场合，让我举一个假设的例子。

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。

问题是只有得到用户的授权，Google才会同意"云冲印"读取这些照片。那么，"云冲印"怎样获得用户的授权呢？

传统方法是，用户将自己的Google用户名和密码，告诉"云冲印"，后者就可以读取用户的照片了。这样的做法有以下几个严重的缺点。

（1）"云冲印"为了后续的服务，会保存用户的密码，这样很不安全。

（2）Google不得不部署密码登录，而我们知道，单纯的密码登录并不安全。

（3）"云冲印"拥有了获取用户储存在Google所有资料的权力，用户没法限制"云冲印"获得授权的范围和有效期。

（4）用户只有修改密码，才能收回赋予"云冲印"的权力。但是这样做，会使得其他所有获得用户授权的第三方应用程序全部失效。

（5）只要有一个第三方应用程序被破解，就会导致用户密码泄漏，以及所有被密码保护的数据泄漏。

OAuth就是为了解决上面这些问题而诞生的。

二、名词定义

在详细讲解OAuth 2.0之前，需要了解几个专用名词。它们对读懂后面的讲解，尤其是几张图，至关重要。

（1） Third-party application：第三方应用程序，本文中又称"客户端"（client），即上一节例子中的"云冲印"。

（2）HTTP service：HTTP服务提供商，本文中简称"服务提供商"，即上一节例子中的Google。

（3）Resource Owner：资源所有者，本文中又称"用户"（user）。

（4）User Agent：用户代理，本文中就是指浏览器。

（5）Authorization server：认证服务器，即服务提供商专门用来处理认证的服务器。

（6）Resource server：资源服务器，即服务提供商存放用户生成的资源的服务器。它与认证服务器，可以是同一台服务器，也可以是不同的服务器。

知道了上面这些名词，就不难理解，OAuth的作用就是让"客户端"安全可控地获取"用户"的授权，与"服务商提供商"进行互动。

三、OAuth的思路

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。

四、运行流程

OAuth 2.0的运行流程如下图，摘自RFC 6749。

OAuth运行流程

（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。

下面一一讲解客户端获取授权的四种模式。

五、客户端的授权模式

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 规定了四种获得令牌的流程。你可以选择最适合自己的那一种，向第三方应用颁发令牌。

授权码模式（authorization code）
简化模式（implicit）
密码模式（resource owner password credentials）
客户端模式（client credentials）

注意，不管哪一种授权方式，第三方应用申请令牌之前，都必须先到系统备案，说明自己的身份，然后会拿到两个身份识别码：客户端 ID（client ID）和客户端密钥（client secret）。这是为了防止令牌被滥用，没有备案过的第三方应用，是不会拿到令牌的。

第一种授权方式：授权码

授权码（authorization code）方式，指的是第三方应用先申请一个授权码，然后再用该码获取令牌。

这种方式是最常用的流程，安全性也最高，它适用于那些有后端的 Web 应用。授权码通过前端传送，令牌则是储存在后端，而且所有与资源服务器的通信都在后端完成。这样的前后端分离，可以避免令牌泄漏。

第一步，A 网站提供一个链接，用户点击后就会跳转到 B 网站，授权用户数据给 A 网站使用。下面就是 A 网站跳转 B 网站的一个示意链接。


https://b.com/oauth/authorize? response_type=code& client_id=CLIENT_ID& redirect_uri=CALLBACK_URL& scope=read

上面 URL 中，response_type参数表示要求返回授权码（code），client_id参数让 B 知道是谁在请求，redirect_uri参数是 B 接受或拒绝请求后的跳转网址，scope参数表示要求的授权范围（这里是只读）。

第二步，用户跳转后，B 网站会要求用户登录，然后询问是否同意给予 A 网站授权。用户表示同意，这时 B 网站就会跳回redirect_uri参数指定的网址。跳转时，会传回一个授权码，就像下面这样。


https://a.com/callback?code=AUTHORIZATION_CODE

上面 URL 中，code参数就是授权码。

第三步，A 网站拿到授权码以后，就可以在后端，向 B 网站请求令牌。


https://b.com/oauth/token? client_id=CLIENT_ID& client_secret=CLIENT_SECRET& grant_type=authorization_code& code=AUTHORIZATION_CODE& redirect_uri=CALLBACK_URL

上面 URL 中，client_id参数和client_secret参数用来让 B 确认 A 的身份（client_secret参数是保密的，因此只能在后端发请求），grant_type参数的值是AUTHORIZATION_CODE，表示采用的授权方式是授权码，code参数是上一步拿到的授权码，redirect_uri参数是令牌颁发后的回调网址。

第四步，B 网站收到请求以后，就会颁发令牌。具体做法是向redirect_uri指定的网址，发送一段 JSON 数据。


{    
  "access_token":"ACCESS_TOKEN", "token_type":"bearer", "expires_in":2592000, "refresh_token":"REFRESH_TOKEN", "scope":"read", "uid":100101, "info":{...} }

上面 JSON 数据中，access_token字段就是令牌，A 网站在后端拿到了。

第二种方式：隐藏式

有些 Web 应用是纯前端应用，没有后端。这时就不能用上面的方式了，必须将令牌储存在前端。RFC 6749 就规定了第二种方式，允许直接向前端颁发令牌。这种方式没有授权码这个中间步骤，所以称为（授权码）"隐藏式"（implicit）。

第一步，A 网站提供一个链接，要求用户跳转到 B 网站，授权用户数据给 A 网站使用。


https://b.com/oauth/authorize? response_type=token& client_id=CLIENT_ID& redirect_uri=CALLBACK_URL& scope=read

上面 URL 中，response_type参数为token，表示要求直接返回令牌。

第二步，用户跳转到 B 网站，登录后同意给予 A 网站授权。这时，B 网站就会跳回redirect_uri参数指定的跳转网址，并且把令牌作为 URL 参数，传给 A 网站。


https://a.com/callback#token=ACCESS_TOKEN

上面 URL 中，token参数就是令牌，A 网站因此直接在前端拿到令牌。

注意，令牌的位置是 URL 锚点（fragment），而不是查询字符串（querystring），这是因为 OAuth 2.0 允许跳转网址是 HTTP 协议，因此存在"中间人攻击"的风险，而浏览器跳转时，锚点不会发到服务器，就减少了泄漏令牌的风险。

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。

第三种方式：密码式

如果你高度信任某个应用，RFC 6749 也允许用户把用户名和密码，直接告诉该应用。该应用就使用你的密码，申请令牌，这种方式称为"密码式"（password）。

第一步，A 网站要求用户提供 B 网站的用户名和密码。拿到以后，A 就直接向 B 请求令牌。


https://oauth.b.com/token? grant_type=password& username=USERNAME& password=PASSWORD& client_id=CLIENT_ID

上面 URL 中，grant_type参数是授权方式，这里的password表示"密码式"，username和password是 B 的用户名和密码。

第二步，B 网站验证身份通过后，直接给出令牌。注意，这时不需要跳转，而是把令牌放在 JSON 数据里面，作为 HTTP 回应，A 因此拿到令牌。

这种方式需要用户给出自己的用户名/密码，显然风险很大，因此只适用于其他授权方式都无法采用的情况，而且必须是用户高度信任的应用。

第四种方式：凭证式

最后一种方式是凭证式（client credentials），适用于没有前端的命令行应用，即在命令行下请求令牌。

第一步，A 应用在命令行向 B 发出请求。


https://oauth.b.com/token? grant_type=client_credentials& client_id=CLIENT_ID& client_secret=CLIENT_SECRET

上面 URL 中，grant_type参数等于client_credentials表示采用凭证式，client_id和client_secret用来让 B 确认 A 的身份。

第二步，B 网站验证通过以后，直接返回令牌。

这种方式给出的令牌，是针对第三方应用的，而不是针对用户的，即有可能多个用户共享同一个令牌。

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。

更新令牌

令牌的有效期到了，如果让用户重新走一遍上面的流程，再申请一个新的令牌，很可能体验不好，而且也没有必要。OAuth 2.0 允许用户自动更新令牌。

具体方法是，B 网站颁发令牌的时候，一次性颁发两个令牌，一个用于获取数据，另一个用于获取新的令牌（refresh token 字段）。令牌到期前，用户使用 refresh token 发一个请求，去更新令牌。


https://b.com/oauth/token? grant_type=refresh_token& client_id=CLIENT_ID& client_secret=CLIENT_SECRET& refresh_token=REFRESH_TOKEN

上面 URL 中，grant_type参数为refresh_token表示要求更新令牌，client_id参数和client_secret参数用于确认身份，refresh_token参数就是用于更新令牌的令牌。

B 网站验证通过以后，就会颁发新的令牌。

六、示例应用

很多网站登录时，允许使用第三方网站的身份，这称为“第三方登录”。下面演示如何通过OAuth获取github的API数据。

1. 第三方登录的原理

所谓第三方登录，实质就是 OAuth 授权。用户想要登录 A 网站，A 网站让用户提供第三方网站的数据，证明自己的身份。获取第三方网站的身份数据，就需要 OAuth 授权。

举例来说，A 网站允许 GitHub 登录，背后就是下面的流程。

A 网站让用户跳转到 GitHub。

GitHub 要求用户登录，然后询问"A 网站要求获得 xx 权限，你是否同意？"

用户同意，GitHub 就会重定向回 A 网站，同时发回一个授权码。

A 网站使用授权码，向 GitHub 请求令牌。

GitHub 返回令牌.

A 网站使用令牌，向 GitHub 请求用户数据。

下面就是这个流程的代码实现。

2. 应用登记

一个应用要求 OAuth 授权，必须先到对方网站登记，让对方知道是谁在请求。

所以，你要先去 GitHub 登记一下。当然，我已经登记过了，你使用我的登记信息也可以，但为了完整走一遍流程，还是建议大家自己登记。这是免费的。

访问这个网址，填写登记表。

应用的名称随便填，主页 URL 填写http://localhost:8080，跳转网址填写 http://localhost:8080/oauth/redirect。

提交表单以后，GitHub 应该会返回客户端 ID（client ID）和客户端密钥（client secret），这就是应用的身份识别码。

3. 示例仓库

我写了一个代码仓库，请将它克隆到本地。


$ git clone git@github.com:ruanyf/node-oauth-demo.git $ cd node-oauth-demo

两个配置项要改一下，写入上一步的身份识别码。

index.js：改掉变量clientID and clientSecret

public/index.html：改掉变量client_id

然后，安装依赖。


$ npm install

启动服务。


$ node index.js

浏览器访问http://localhost:8080，就可以看到这个示例了。

4. 浏览器跳转 GitHub

示例的首页很简单，就是一个链接，让用户跳转到 GitHub。

跳转的 URL 如下。


https://github.com/login/oauth/authorize?
  client_id=7e015d8ce32370079895&
  redirect_uri=http://localhost:8080/oauth/redirect

这个 URL 指向 GitHub 的 OAuth 授权网址，带有两个参数：client_id告诉 GitHub 谁在请求，redirect_uri是稍后跳转回来的网址。

用户点击到了 GitHub，GitHub 会要求用户登录，确保是本人在操作。

5. 授权码

登录后，GitHub 询问用户，该应用正在请求数据，你是否同意授权。

用户同意授权， GitHub 就会跳转到redirect_uri指定的跳转网址，并且带上授权码，跳转回来的 URL 就是下面的样子。


http://localhost:8080/oauth/redirect?
  code=859310e7cecc9196f4af

后端收到这个请求以后，就拿到了授权码（code参数）。

6. 后端实现

示例的后端采用 Koa 框架编写，具体语法请看教程。

这里的关键是针对/oauth/redirect的请求，编写一个路由，完成 OAuth 认证。


const oauth = async ctx => {
  // ... }; app.use(route.get('/oauth/redirect', oauth));

上面代码中，oauth函数就是路由的处理函数。下面的代码都写在这个函数里面。

路由函数的第一件事，是从 URL 取出授权码。


const requestToken = ctx.request.query.code;

7. 令牌

后端使用这个授权码，向 GitHub 请求令牌。


const tokenResponse = await axios({
  method: 'post', url: 'https://github.com/login/oauth/access_token?' + `client_id=${clientID}&` + `client_secret=${clientSecret}&` + `code=${requestToken}`, headers: { accept: 'application/json' } });

上面代码中，GitHub 的令牌接口https://github.com/login/oauth/access_token需要提供三个参数。

client_id：客户端的 ID

client_secret：客户端的密钥

code：授权码

作为回应，GitHub 会返回一段 JSON 数据，里面包含了令牌accessToken。


const accessToken = tokenResponse.data.access_token;

8. API 数据

有了令牌以后，就可以向 API 请求数据了。


const result = await axios({
  method: 'get', url: `https://api.github.com/user`, headers: { accept: 'application/json', Authorization: `token ${accessToken}` } });

上面代码中，GitHub API 的地址是https://api.github.com/user，请求的时候必须在 HTTP 头信息里面带上令牌Authorization: token 361507da。

然后，就可以拿到用户数据，得到用户的身份。


const name = result.data.name;
ctx.response.redirect(`/welcome.html?name=${name}`);