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HTTP 认证方式的不完整总结

基本认证 (Basic Authentication)

当浏览器请求需要认证的资源时,服务端返回 401 状态码,并在响应头里加上一个字段 WWW-Authenticate , WWW-Authenticate 里有两个值 Basic 表示认证的方式, realm 是安全域字符串(一显示在浏览器的登录框里的提示,但现在的浏览器好像都不显示这个了)。

例如这样

HTTP/1.1 401 Unauthorized
Date: Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT
WWW-Authenticate: Basic realm="Access to staging site"

浏览器在遇到 401 时,一般会弹出一个输入框输入账号密码,然后再发送一次包含账号密码的请求。

账号密码会以中间一个冒号 (:) 的形式拼接,例如这样

username:password

然后再经过 basd64 编码,最后把结果放在请求头的 Authentication 字段里,例如这样

GET / HTTP/1.1
Host 127.0.0.1
Authentication: Basic dXNlcm5hbWU6cGFzc3dvcmQ=

认证失败时,服务器可以返回 403 或 401 。

基础认证可以把账号密码加在 url 里,这样就不会弹出询问框了,但这不是一种安全的形式,据说新版的 Chrome 已经禁用了这种形式。

https://username:password@www.example.com/

退出登录时,只需要服务器响应一个 401 或用 ajax 故意发送一个错误的账号密码就可以的了。

基础认证最好配合 HTTPS ,如果没有 HTTPS 只要随便抓个包就能知道账号密码。

摘要认证 (Digest Access Authentication)

在浏览器里的表现形式和基础认证基本一致,但发送账号密码的部分不一样,密码包含在数字摘要里,这样可以避免被抓包时就直接知道密码。

摘要认证无法防止中间人攻击。一个中间人可以告知客户端使用基本认证模式,而摘要访问认证没有提供任何机制帮助客户端验证服务器的身份。

服务端响应头里的 WWW-Authenticate

   
realm 安全域字符串
qop 保护质量,可以取值 auth 和 auth-int ,一般用 auth
nonce 随机字符串
opaque 穿透字符串,客户端会不改变地返回给服务端
algorithm 摘要算法,默认值是 MD5

客户端请求头里的 Authenticate

   
realm 和请求头里的一致
qop 和请求头里的一致
nonce 和请求头里的一致
opaque 和请求头里的一致
algorithm 和请求头里的一致
username 用户名
nc 认证的次数
cnonce 客户端产生的一个 GUID
uri uri
response 摘要

摘要的计算,其中 H 表示的是摘要算法

H(H(A1):nonce:nc:cnonce:qop:H(A2))

A1

username:realm:passwd

A2

当 qop 是 auth 时, A2 只包含请求方法和 uri , 请求方法是大写的
method:uri
当 qop 是 auth 时, A2 只包含请求方法和 uri , 还添加了报文主体部分
method:uri:H(entity-body)

这是一段用 php 实现的摘要认证例子

$userLists = [
    'qwe' => '123',
];
$realm = 'digest.test';
$nonce = md5(uniqid());
$opaque = md5($nonce . $realm);
$digest = [
    'realm' => $realm, // 显示在浏览器的登录框里的提示,但现在的浏览器好像都不显示这个了
    'qop' => 'auth', // auth 表示只进行身份查验 auth-int 表示进行查验外,还有一些完整性保护。需要看更详细的描述,请参阅RFC2617
    'nonce' => $nonce, // 随机数
    'opaque' => $opaque, // 穿透参数
    'algorithm' => 'MD5', // 摘要算法,默认是 MD5
];
$a = join(', ', array_map(function ($k, $v) {
        return $k . '="' . $v . '"';
    }, array_keys($digest), $digest));
if (!isset($_SERVER['PHP_AUTH_DIGEST'])) {
    header('HTTP/1.0 401 Unauthorized');
    header('WWW-Authenticate: Digest ' . $a);
    echo 'Authorization Required.';
    exit;
}
if (isset($_GET['logout'])) {
    header('HTTP/1.0 401 Unauthorized');
    echo 'logout';
    exit;
}

$digest = $_SERVER['PHP_AUTH_DIGEST'];
$digestInfo = [
    'realm' => '',
    'qop' => '',
    'nonce' => '',
    'opaque' => '',
    'algorithm' => '',
    'username' => '', // 用户名
    'nc' => '', // 认证的次数
    'cnonce' => '', // 客户端产生的一个 GUID
    'uri' => '', // uri 就是请求行里的 uri
    'response' => '', // 摘要
];
foreach (explode(', ', $digest) as $item) {
    preg_match('/(?<key>.+)=(?<value>.*)/', $item, $match);
    if (!empty($match['key'])) {
        $digestInfo[$match['key']] = trim($match['value'], '\"');
    }
}

echo '<pre>';
var_dump($_SERVER);
var_dump($digestInfo);
echo '</pre>';

if (!isset($userLists[$digestInfo['username']])) {
    header('HTTP/1.0 401 Unauthorized');
    header('WWW-Authenticate: Digest ' . $a);
    echo 'username is invalid ';
    exit;
}

if ($digestInfo['opaque'] != md5($digestInfo['nonce'] . $realm)) {
    header('HTTP/1.0 401 Unauthorized');
    header('WWW-Authenticate: Digest ' . $a);
    echo 'opaque is invalid ';
    exit;
}

$A1 = $digestInfo['username'] . ':' . $realm . ':' . $userLists[$digestInfo['username']];
$A2 = $_SERVER['REQUEST_METHOD'] . ':' . $digestInfo['uri'];

if (md5(implode(':', [
    md5($A1),
    $digestInfo['nonce'],
    $digestInfo['nc'],
    $digestInfo['cnonce'],
    $digestInfo['qop'],
    md5($A2)
])) != $digestInfo['response']) {
    header('HTTP/1.0 401 Unauthorized');
    header('WWW-Authenticate: Digest ' . $a);
    echo 'auth fail';
    exit;
}

echo 'auth success';

表单认证

表单认证大概就是最常用的认证方式了。

这是一个简单的表单认证例子

<form action="demo-form.php">
  username: <input type="text" name="username"><br>
  Password: <input type="password" name="password"><br>
  <input type="submit">
</form>

表单认证讨论得最多得问题是,会话状态要保存在哪里 cookie? token? jwt? session? 本文只描述 http 的认证,这个问题就不展开了。

SSL 客户端证书

SSL 客户端证书,应该是最安全的形式了,但也是最麻烦的形式,网站必须启用 https 和 要在客户端安装一个证书。

除此之外,客户端证书还要单独向 CA 申请。如果是内部自建的 CA 还好,不然申请客户端证书还会有额外的成本。

客户端证书实际上就是 CA 颁发一个 CN 是 username 的证书。

总结

基础认证和摘要认证都不够安全,网站要加上 https 。

几种认证方式可以组合来使用, 基础认证/摘要认证 + 表单认证 + SSL 客户端证书 。

http 的认证还有很多种

 
Bearer
HOBA
Mutual
OAuth
SCRAM-SHA-1
SCRAM-SHA-256
vapid

除此之外还有一些没有标准化的认证方式

 
SPNEGO
Kerberos
NTLM
Negotiate

参考

http 认证 https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7235.html

http 摘要认证 https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7616.html

http 基础认证 https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7617.html

MDN 关于 http 认证的描述 https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Authentication

Authentication Scheme https://www.iana.org/assignments/http-authschemes/http-authschemes.xhtml

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/framework/wcf/feature-details/understanding-http-authentication

https://hc.apache.org/httpcomponents-client-4.5.x/current/tutorial/html/authentication.html