使用 CAS 在 Tomcat 中实现单点登录

CAS 介绍

CAS 是 Yale 大学发起的一个开源项目，旨在为 Web 应用系统提供一种可靠的单点登录方法，CAS 在 2004 年 12 月正式成为 JA-SIG 的一个项目。CAS 具有以下特点：

• 开源的企业级单点登录解决方案。
• CAS Server 为需要独立部署的 Web 应用。
• CAS Client 支持非常多的客户端(这里指单点登录系统中的各个 Web 应用)，包括 Java, .Net, PHP, Perl, Apache, uPortal, Ruby 等。

CAS 原理和协议

从结构上看，CAS 包含两个部分： CAS Server 和 CAS Client。CAS Server 需要独立部署，主要负责对用户的认证工作；CAS Client 负责处理对客户端受保护资源的访问请求，需要登录时，重定向到 CAS Server。图1 是 CAS 最基本的协议过程：

图 1. CAS 基础协议

CAS Client 与受保护的客户端应用部署在一起，以 Filter 方式保护受保护的资源。对于访问受保护资源的每个 Web 请求，CAS Client 会分析该请求的 Http 请求中是否包含 Service Ticket，如果没有，则说明当前用户尚未登录，于是将请求重定向到指定好的 CAS Server 登录地址，并传递 Service （也就是要访问的目的资源地址），以便登录成功过后转回该地址。用户在第 3 步中输入认证信息，如果登录成功，CAS Server 随机产生一个相当长度、唯一、不可伪造的 Service Ticket，并缓存以待将来验证，之后系统自动重定向到 Service 所在地址，并为客户端浏览器设置一个 Ticket Granted Cookie（TGC），CAS Client 在拿到 Service 和新产生的 Ticket 过后，在第 5，6 步中与 CAS Server 进行身份合适，以确保 Service Ticket 的合法性。

在该协议中，所有与 CAS 的交互均采用 SSL 协议，确保，ST 和 TGC 的安全性。协议工作过程中会有 2 次重定向的过程，但是 CAS Client 与 CAS Server 之间进行 Ticket 验证的过程对于用户是透明的。

另外，CAS 协议中还提供了 Proxy （代理）模式，以适应更加高级、复杂的应用场景，具体介绍可以参考 CAS 官方网站上的相关文档。

准备工作

本文中的例子以 tomcat5.5 为例进行讲解，下载地址：

http://tomcat.apache.org/download-55.cgi

到 CAS 官方网站下载 CAS Server 和 Client，地址分别为：

http://www.ja-sig.org/downloads/cas/cas-server-3.1.1-release.zip

http://www.ja-sig.org/downloads/cas-clients/cas-client-java-2.1.1.zip

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部署 CAS Server

CAS Server 是一套基于 Java 实现的服务，该服务以一个 Java Web Application 单独部署在与 servlet2.3 兼容的 Web 服务器上，另外，由于 Client 与 CAS Server 之间的交互采用 Https 协议，因此部署 CAS Server 的服务器还需要支持 SSL 协议。当 SSL 配置成功过后，像普通 Web 应用一样将 CAS Server 部署在服务器上就能正常运行了，不过，在真正使用之前，还需要扩展验证用户的接口。

在 Tomcat 上部署一个完整的 CAS Server 主要按照以下几个步骤：

配置 Tomcat 使用 Https 协议

如果希望 Tomcat 支持 Https，主要的工作是配置 SSL 协议，其配置过程和配置方法可以参考 Tomcat 的相关文档。不过在生成证书的过程中，会有需要用到主机名的地方，CAS 建议不要使用 IP 地址，而要使用机器名或域名。

部署 CAS Server

CAS Server 是一个 Web 应用包，将前面下载的 cas-server-3.1.1-release.zip 解开，把其中的 cas-server-webapp-3.1.1.war 拷贝到 tomcat的 webapps 目录，并更名为 cas.war。由于前面已配置好 tomcat 的 https 协议，可以重新启动 tomcat，然后访问：https://localhost:8443/cas ，如果能出现正常的 CAS 登录页面，则说明 CAS Server 已经部署成功。

虽然 CAS Server 已经部署成功，但这只是一个缺省的实现，在实际使用的时候，还需要根据实际概况做扩展和定制，最主要的是扩展认证 (Authentication) 接口和 CAS Server 的界面。

扩展认证接口

CAS Server 负责完成对用户的认证工作，它会处理登录时的用户凭证 (Credentials) 信息，用户名/密码对是最常见的凭证信息。CAS Server 可能需要到数据库检索一条用户帐号信息，也可能在 XML 文件中检索用户名/密码，还可能通过 LDAP Server 获取等，在这种情况下，CAS 提供了一种灵活但统一的接口和实现分离的方式，实际使用中 CAS 采用哪种方式认证是与 CAS 的基本协议分离开的，用户可以根据认证的接口去定制和扩展。

扩展 AuthenticationHandler

CAS 提供扩展认证的核心是 AuthenticationHandler 接口，该接口定义如清单 1 下：

清单 1. AuthenticationHandler定义

public interface AuthenticationHandler {/*** Method to determine if the credentials supplied are valid.* @param credentials The credentials to validate.* @return true if valid, return false otherwise.* @throws AuthenticationException An AuthenticationException can contain* details about why a particular authentication request failed.*/boolean authenticate(Credentials credentials) throws AuthenticationException;
/*** Method to check if the handler knows how to handle the credentials* provided. It may be a simple check of the Credentials class or something* more complicated such as scanning the information contained in the* Credentials object. * @param credentials The credentials to check.* @return true if the handler supports the Credentials, false othewrise.*/boolean supports(Credentials credentials);
}

该接口定义了 2 个需要实现的方法，supports ()方法用于检查所给的包含认证信息的Credentials 是否受当前 AuthenticationHandler 支持；而 authenticate() 方法则担当验证认证信息的任务，这也是需要扩展的主要方法，根据情况与存储合法认证信息的介质进行交互，返回 boolean 类型的值，true 表示验证通过，false 表示验证失败。

CAS3中还提供了对AuthenticationHandler 接口的一些抽象实现，比如，可能需要在执行authenticate() 方法前后执行某些其他操作，那么可以让自己的认证类扩展自清单 2 中的抽象类：

清单 2. AbstractPreAndPostProcessingAuthenticationHandler定义

public abstract class AbstractPreAndPostProcessingAuthenticationHandler implements AuthenticateHandler{protected Log log = LogFactory.getLog(this.getClass());protected boolean preAuthenticate(final Credentials credentials) {return true;}protected boolean postAuthenticate(final Credentials credentials,final boolean authenticated) {return authenticated;}public final boolean authenticate(final Credentials credentials)throws AuthenticationException {if (!preAuthenticate(credentials)) {return false;}final boolean authenticated = doAuthentication(credentials);return postAuthenticate(credentials, authenticated);}protected abstract boolean doAuthentication(final Credentials credentials) 
throws AuthenticationException;
}

AbstractPreAndPostProcessingAuthenticationHandler 类新定义了 preAuthenticate() 方法和 postAuthenticate() 方法，而实际的认证工作交由 doAuthentication() 方法来执行。因此，如果需要在认证前后执行一些额外的操作，可以分别扩展 preAuthenticate()和 ppstAuthenticate() 方法，而 doAuthentication() 取代 authenticate() 成为了子类必须要实现的方法。

由于实际运用中，最常用的是用户名和密码方式的认证，CAS3 提供了针对该方式的实现，如清单 3 所示：

清单 3. AbstractUsernamePasswordAuthenticationHandler 定义

public abstract class AbstractUsernamePasswordAuthenticationHandler extends AbstractPreAndPostProcessingAuthenticationHandler{
...protected final boolean doAuthentication(final Credentials credentials)throws AuthenticationException {return authenticateUsernamePasswordInternal((UsernamePasswordCredentials) credentials);}protected abstract boolean authenticateUsernamePasswordInternal(final UsernamePasswordCredentials credentials) throws AuthenticationException;   
protected final PasswordEncoder getPasswordEncoder() {return this.passwordEncoder;}
public final void setPasswordEncoder(final PasswordEncoder passwordEncoder) {this.passwordEncoder = passwordEncoder;}
...
}

基于用户名密码的认证方式可直接扩展自 AbstractUsernamePasswordAuthenticationHandler，验证用户名密码的具体操作通过实现 authenticateUsernamePasswordInternal() 方法达到，另外，通常情况下密码会是加密过的，setPasswordEncoder() 方法就是用于指定适当的加密器。

从以上清单中可以看到，doAuthentication() 方法的参数是 Credentials 类型，这是包含用户认证信息的一个接口，对于用户名密码类型的认证信息，可以直接使用 UsernamePasswordCredentials，如果需要扩展其他类型的认证信息，需要实现Credentials接口，并且实现相应的 CredentialsToPrincipalResolver 接口，其具体方法可以借鉴 UsernamePasswordCredentials 和 UsernamePasswordCredentialsToPrincipalResolver。

JDBC 认证方法

用户的认证信息通常保存在数据库中，因此本文就选用这种情况来介绍。将前面下载的 cas-server-3.1.1-release.zip 包解开后，在 modules 目录下可以找到包 cas-server-support-jdbc-3.1.1.jar，其提供了通过 JDBC 连接数据库进行验证的缺省实现，基于该包的支持，我们只需要做一些配置工作即可实现 JDBC 认证。

JDBC 认证方法支持多种数据库，DB2, Oracle, MySql, Microsoft SQL Server 等均可，这里以 DB2 作为例子介绍。并且假设DB2数据库名： CASTest，数据库登录用户名： db2user，数据库登录密码： db2password，用户信息表为： userTable，该表包含用户名和密码的两个数据项分别为 userName 和 password。

1. 配置 DataStore

打开文件 %CATALINA_HOME%/webapps/cas/WEB-INF/deployerConfigContext.xml，添加一个新的 bean 标签，对于 DB2，内容如清单 4 所示：

清单 4. 配置 DataStore

<bean id="casDataSource" class="org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource"><property name="driverClassName"><value>com.ibm.db2.jcc.DB2Driver</value></property><property name="url"><value>jdbc:db2://9.125.65.134:50000/CASTest</value></property><property name="username"><value>db2user</value></property><property name="password"><value>db2password</value></property>
</bean>

其中 id 属性为该 DataStore 的标识，在后面配置 AuthenticationHandler 会被引用，另外，需要提供 DataStore 所必需的数据库驱动程序、连接地址、数据库登录用户名以及登录密码。

2. 配置 AuthenticationHandler

在 cas-server-support-jdbc-3.1.1.jar 包中，提供了 3 个基于 JDBC 的 AuthenticationHandler，分别为 BindModeSearchDatabaseAuthenticationHandler, QueryDatabaseAuthenticationHandler, SearchModeSearchDatabaseAuthenticationHandler。其中 BindModeSearchDatabaseAuthenticationHandler 是用所给的用户名和密码去建立数据库连接，根据连接建立是否成功来判断验证成功与否；QueryDatabaseAuthenticationHandler 通过配置一个 SQL 语句查出密码，与所给密码匹配；SearchModeSearchDatabaseAuthenticationHandler 通过配置存放用户验证信息的表、用户名字段和密码字段，构造查询语句来验证。

使用哪个 AuthenticationHandler，需要在 deployerConfigContext.xml 中设置，默认情况下，CAS 使用一个简单的 username=password 的 AuthenticationHandler，在文件中可以找到如下一行：<bean class=”org.jasig.cas.authentication.handler.support.SimpleTestUsernamePassword
AuthenticationHandler” />，我们可以将其注释掉，换成我们希望的一个 AuthenticationHandler，比如，使用QueryDatabaseAuthenticationHandler 或 SearchModeSearchDatabaseAuthenticationHandler 可以分别选取清单 5 或清单 6 的配置。

清单 5. 使用 QueryDatabaseAuthenticationHandler

<bean class="org.jasig.cas.adaptors.jdbc.QueryDatabaseAuthenticationHandler"><property name="dataSource" ref=" casDataSource " /><property name="sql" value="select password from userTable where lower(userName) = lower(?)" />
</bean>

清单 6. 使用 SearchModeSearchDatabaseAuthenticationHandler

<bean id="SearchModeSearchDatabaseAuthenticationHandler"class="org.jasig.cas.adaptors.jdbc.SearchModeSearchDatabaseAuthenticationHandler"abstract="false" singleton="true" lazy-init="default" autowire="default" dependency-check="default"><property  name="tableUsers"><value>userTable</value></property><property name="fieldUser"><value>userName</value></property><property name="fieldPassword"><value>password</value></property><property name="dataSource" ref=" casDataSource " />
</bean>

另外，由于存放在数据库中的密码通常是加密过的，所以 AuthenticationHandler 在匹配时需要知道使用的加密方法，在 deployerConfigContext.xml 文件中我们可以为具体的 AuthenticationHandler 类配置一个 property，指定加密器类，比如对于 QueryDatabaseAuthenticationHandler，可以修改如清单7所示：

清单 7. 添加 passwordEncoder

<bean class="org.jasig.cas.adaptors.jdbc.QueryDatabaseAuthenticationHandler"><property name="dataSource" ref=" casDataSource " /><property name="sql" value="select password from userTable where lower(userName) = lower(?)" /><property  name="passwordEncoder"  ref="myPasswordEncoder"/>
</bean>

其中 myPasswordEncoder 是对清单 8 中设置的实际加密器类的引用：

清单 8. 指定具体加密器类

<bean id="passwordEncoder" class="org.jasig.cas.authentication.handler.MyPasswordEncoder"/>

这里 MyPasswordEncoder 是根据实际情况自己定义的加密器，实现 PasswordEncoder 接口及其 encode() 方法。

3. 部署依赖包

在以上配置完成以后，需要拷贝几个依赖的包到 cas 应用下，包括：

• 将 cas-server-support-jdbc-3.1.1.jar 拷贝到 %CATALINA_HOME%/webapps/cas/ WEB-INF/lib 目录。
• 数据库驱动，由于这里使用 DB2，将 %DB2_HOME%/java 目录下的 db2java.zip （更名为 db2java.jar）, db2jcc.jar, db2jcc_license_cu.jar 拷贝到 %CATALINA_HOME%/webapps/cas/WEB-INF/lib 目录。对于其他数据库，同样将相应数据库驱动程序拷贝到该目录。
• DataStore 依赖于 commons-collections-3.2.jar, commons-dbcp-1.2.1.jar, commons-pool-1.3.jar，需要到 apache 网站的 Commons 项目下载以上 3 个包放进 %CATALINA_HOME%/webapps/cas/WEB-INF/lib 目录。

扩展 CAS Server 界面

CAS 提供了 2 套默认的页面，分别为“ default ”和“ simple ”，分别在目录“ cas/WEB-INF/view/jsp/default ”和“ cas/WEB-INF/view/jsp/simple ”下。其中 default 是一个稍微复杂一些的页面，使用 CSS，而 simple 则是能让 CAS 正常工作的最简化的页面。

在部署 CAS 之前，我们可能需要定制一套新的 CAS Server 页面，添加一些个性化的内容。最简单的方法就是拷贝一份 default 或 simple 文件到“ cas/WEB-INF/view/jsp ”目录下，比如命名为 newUI，接下来是实现和修改必要的页面，有 4 个页面是必须的：

• casConfirmView.jsp: 当用户选择了“ warn ”时会看到的确认界面
• casGenericSuccess.jsp: 在用户成功通过认证而没有目的Service时会看到的界面
• casLoginView.jsp: 当需要用户提供认证信息时会出现的界面
• casLogoutView.jsp: 当用户结束 CAS 单点登录系统会话时出现的界面

CAS 的页面采用 Spring 框架编写，对于不熟悉 Spring 的使用者，在修改之前需要熟悉该框架。

页面定制完过后，还需要做一些配置从而让 CAS 找到新的页面，拷贝“ cas/WEB-INF/classes/default_views.properties ”，重命名为“ cas/WEB-INF/classes/ newUI_views.properties ”，并修改其中所有的值到相应新页面。最后是更新“ cas/WEB-INF/cas-servlet.xml ”文件中的 viewResolver，将其修改为如清单 9 中的内容。

清单 9. 指定 CAS 页面

<bean id="viewResolver" class="org.springframework.web.servlet.view.ResourceBundleViewResolver" p:order="0"><property name="basenames"><list><value>${cas.viewResolver.basename}</value><value> newUI_views</value></list></property>
</bean>

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部署客户端应用

单点登录的目的是为了让多个相关联的应用使用相同的登录过程，本文在讲解过程中构造 2个简单的应用，分别以 casTest1 和 casTest2 来作为示例，它们均只有一个页面，显示欢迎信息和当前登录用户名。这 2 个应用使用同一套登录信息，并且只有登录过的用户才能访问，通过本文的配置，实现单点登录，即只需登录一次就可以访问这两个应用。

与 CAS Server 建立信任关系

假设 CAS Server 单独部署在一台机器 A，而客户端应用部署在机器 B 上，由于客户端应用与 CAS Server 的通信采用 SSL，因此，需要在 A 与 B 的 JRE 之间建立信任关系。

首先与 A 机器一样，要生成 B 机器上的证书，配置 Tomcat 的 SSL 协议。其次，下载http://blogs.sun.com/andreas/entry/no_more_unable_to_find 的 InstallCert.java，运行“ java InstallCert compA:8443 ”命令，并且在接下来出现的询问中输入 1。这样，就将 A 添加到了 B 的 trust store 中。如果多个客户端应用分别部署在不同机器上，那么每个机器都需要与 CAS Server 所在机器建立信任关系。

配置 CAS Filter

准备好应用 casTest1 和 casTest2 过后，分别部署在 B 和 C 机器上，由于 casTest1 和casTest2，B 和 C 完全等同，我们以 casTest1 在 B 机器上的配置做介绍，假设 A 和 B 的域名分别为 domainA 和 domainB。

将 cas-client-java-2.1.1.zip 改名为 cas-client-java-2.1.1.jar 并拷贝到 casTest1/WEB-INF/lib目录下，修改 web.xml 文件，添加 CAS Filter，如清单 10 所示：

清单 10. 添加 CAS Filter

<web-app>...<filter><filter-name>CAS Filter</filter-name><filter-class>edu.yale.its.tp.cas.client.filter.CASFilter</filter-class><init-param><param-name>edu.yale.its.tp.cas.client.filter.loginUrl</param-name><param-value>https://domainA:8443/cas/login</param-value></init-param><init-param><param-name>edu.yale.its.tp.cas.client.filter.validateUrl</param-name><param-value>https://domainA:8443/cas/serviceValidate</param-value></init-param><init-param><param-name>edu.yale.its.tp.cas.client.filter.serverName</param-name><param-value>domainB:8080</param-value></init-param></filter><filter-mapping><filter-name>CAS Filter</filter-name><url-pattern>/protected-pattern/*</url-pattern></filter-mapping>...
</web-app>

对于所有访问满足 casTest1/protected-pattern/ 路径的资源时，都要求到 CAS Server 登录，如果需要整个 casTest1 均受保护，可以将 url-pattern 指定为“/*”。

从清单 10 可以看到，我们可以为 CASFilter 指定一些参数，并且有些是必须的，表格 1 和表格 2 中分别是必需和可选的参数：

表格 1. CASFilter 必需的参数

表格 2. CASFilter 可选参数

传递登录用户名

CAS 在登录成功过后，会给浏览器回传 Cookie，设置新的到的 Service Ticket。但客户端应用拥有各自的 Session，我们要怎么在各个应用中获取当前登录用户的用户名呢？CAS Client 的 Filter 已经做好了处理，在登录成功后，就可以直接从 Session 的属性中获取，如清单 11 所示：

清单 11. 在 Java 中通过 Session 获取登录用户名

// 以下两者都可以
session.getAttribute(CASFilter.CAS_FILTER_USER);
session.getAttribute("edu.yale.its.tp.cas.client.filter.user");

在 JSTL 中获取用户名的方法如清单 12 所示：

清单 12. 通过 JSTL 获取登录用户名

<c:out value="${sessionScope[CAS:'edu.yale.its.tp.cas.client.filter.user']}"/>

另外，CAS 提供了一个 CASFilterRequestWrapper 类，该类继承自HttpServletRequestWrapper，主要是重写了 getRemoteUser() 方法，只要在前面配置 CASFilter 的时候为其设置“ edu.yale.its.tp.cas.client.filter.wrapRequest ”参数为 true，就可以通过 getRemoteUser（） 方法来获取登录用户名，具体方法如清单 13 所示：

清单 13. 通过 CASFilterRequestWrapper 获取登录用户名

CASFilterRequestWrapper  reqWrapper=new CASFilterRequestWrapper(request);
out.println("The logon user:" + reqWrapper.getRemoteUser());

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效果

在 casTest1 和 casTest2 中，都有一个简单 Servlet 作为欢迎页面 WelcomPage，且该页面必须登录过后才能访问，页面代码如清单 14 所示：

清单 14. WelcomePage 页面代码

public class WelcomePage extends HttpServlet {public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws IOException, ServletException{response.setContentType("text/html");PrintWriter out = response.getWriter();out.println("<html>");out.println("<head>");out.println("<title>Welcome to casTest2 sample System!</title>");out.println("</head>");out.println("<body>");out.println("<h1>Welcome to casTest1 sample System!</h1>");CASFilterRequestWrapper  reqWrapper=new CASFilterRequestWrapper(request);out.println("<p>The logon user:" + reqWrapper.getRemoteUser() + "</p>");HttpSession session=request.getSession();out.println("<p>The logon user:" + session.getAttribute(CASFilter.CAS_FILTER_USER)  + "</p>");out.println("<p>The logon user:" + session.getAttribute("edu.yale.its.tp.cas.client.filter.user") + "</p>");out.println("</body>");out.println("</html>");}
}

在上面所有配置结束过后，分别在 A， B， C上启动 cas， casTest1 和 casTest2，按照下面步骤来访问 casTest1 和 casTest2：

1. 打开浏览器，访问 http://domainB:8080/casTest1/WelcomePage ，浏览器会弹出安全提示，接受后即转到 CAS 的登录页面，如图 2 所示：

图 2. CAS 登录页面

1. 登录成功后，再重定向到 casTest1 的 WelcomePage 页面，如图 所示：

图 3. 登录后访问 casTest1 的效果

可以看到图 中地址栏里的地址多出了一个 ticket 参数，这就是 CAS 分配给当前应用的 ST(Service Ticket)。

1. 再在同一个浏览器的地址栏中输入 http://domainC:8080/casTest2/WelcomePage ，系统不再提示用户登录，而直接出现如图 4 所示的页面，并且显示在 casTest1 中已经登录过的用户。

图 4. 在 casTest1 中登录过后访问 casTest2 的效果

1. 重新打开一个浏览器窗口，先输入 http://domainC:8080/casTest2/WelcomePage ，系统要求登录，在登录成功过后，正确显示 casTest2 的页面。之后再在地址栏重新输入 http://domainB:8080/casTest1/WelcomePage ，会直接显示 casTest1 的页面而无需再次登录。

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结束语

本文介绍了 CAS 单点登录解决方案的原理，并结合实例讲解了在 Tomcat 中使用 CAS 的配置、部署方法以及效果。CAS 是作为开源单点登录解决方案的一个不错选择，更多的使用细节可以参考 CAS 官方网站。