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理解OAuth 2.0，理解oauth2.0

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。

本文对OAuth 2.0的设计思路和运行流程，做一个简明通俗的解释，主要参考材料为RFC 6749。

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。

<p>（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。</p>
<p>（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。</p>
<p>（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。</p>
<p>（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。</p>
<p>（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。</p>

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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。

<p>（1） <strong>Third-party application</strong>：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"。</p>
<p>（2）<strong>HTTP service</strong>：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。</p>
<p>（3）<strong>Resource Owner</strong>：资源所有者，本文中又称"用户"（user）。</p>
<p>（4）<strong>User Agent</strong>：用户代理，本文中就是指浏览器。</p>
<p>（5）<strong>Authorization server</strong>：认证服务器，即服务提供商专门用来处理认证的服务器。</p>
<p>（6）<strong>Resource server</strong>：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。</p>

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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。

<p>（A）用户打开客户端以后，客户端要求用户给予授权。</p>
<p>（B）用户同意给予客户端授权。</p>
<p>（C）客户端使用上一步获得的授权，向认证服务器申请令牌。</p>
<p>（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。</p>
<p>（E）客户端使用令牌，向资源服务器申请获取资源。</p>
<p>（F）资源服务器确认令牌无误，同意向客户端开放资源。</p>

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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定义了四种授权方式。

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）

六、授权码模式

授权码模式（authorization code）是功能最完整、流程最严密的授权模式。它的特点就是通过客户端的后台服务器，与"服务提供商"的认证服务器进行互动。

它的步骤如下：

<p>（A）用户访问客户端，后者将前者导向认证服务器。</p>
<p>（B）用户选择是否给予客户端授权。</p>
<p>（C）假设用户给予授权，认证服务器将用户导向客户端事先指定的"重定向URI"（redirection URI），同时附上一个授权码。</p>
<p>（D）客户端收到授权码，附上早先的"重定向URI"，向认证服务器申请令牌。这一步是在客户端的后台的服务器上完成的，对用户不可见。</p>
<p>（E）认证服务器核对了授权码和重定向URI，确认无误后，向客户端发送访问令牌（access token）和更新令牌（refresh token）。</p>

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下面是上面这些步骤所需要的参数。

A步骤中，客户端申请认证的URI，包含以下参数：

response_type：表示授权类型，必选项，此处的值固定为"code"
client_id：表示客户端的ID，必选项
redirect_uri：表示重定向URI，可选项
scope：表示申请的权限范围，可选项
state：表示客户端的当前状态，可以指定任意值，认证服务器会原封不动地返回这个值。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
GET /authorize?response_type=code&client_id=s6BhdRkqt3&state=xyz
        &redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb HTTP/1.1
<span class="token keyword">Host: server.example.com

</span></code>

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C步骤中，服务器回应客户端的URI，包含以下参数：

code：表示授权码，必选项。该码的有效期应该很短，通常设为10分钟，客户端只能使用该码一次，否则会被授权服务器拒绝。该码与客户端ID和重定向URI，是一一对应关系。
state：如果客户端的请求中包含这个参数，认证服务器的回应也必须一模一样包含这个参数。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
HTTP/1.1 302 Found
<span class="token keyword">Location: https://client.example.com/cb?code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
          &state=xyz

</span></code>

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D步骤中，客户端向认证服务器申请令牌的HTTP请求，包含以下参数：

grant_type：表示使用的授权模式，必选项，此处的值固定为"authorization_code"。
code：表示上一步获得的授权码，必选项。
redirect_uri：表示重定向URI，必选项，且必须与A步骤中的该参数值保持一致。
client_id：表示客户端ID，必选项。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
POST /token HTTP/1.1
<span class="token keyword">Host: server.example.com
<span class="token keyword">Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
<span class="token keyword">Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

grant_type=authorization_code&code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA
&redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb

</span></span></span></code>

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E步骤中，认证服务器发送的HTTP回复，包含以下参数：

access_token：表示访问令牌，必选项。
token_type：表示令牌类型，该值大小写不敏感，必选项，可以是bearer类型或mac类型。
expires_in：表示过期时间，单位为秒。如果省略该参数，必须其他方式设置过期时间。
refresh_token：表示更新令牌，用来获取下一次的访问令牌，可选项。
scope：表示权限范围，如果与客户端申请的范围一致，此项可省略。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     HTTP/1.1 200 OK
     Content-Type: application/json;charset=UTF-8
     Cache-Control: no-store
     Pragma: no-cache<span class="token application/json">

     <span class="token punctuation">{
       <span class="token string">"access_token"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"token_type"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"example"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"expires_in"<span class="token punctuation">:<span class="token number">3600<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"refresh_token"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"example_parameter"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"example_value"
     <span class="token punctuation">}

</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></code>

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从上面代码可以看到，相关参数使用JSON格式发送（Content-Type: application/json）。此外，HTTP头信息中明确指定不得缓存。

七、简化模式

简化模式（implicit grant type）不通过第三方应用程序的服务器，直接在浏览器中向认证服务器申请令牌，跳过了"授权码"这个步骤，因此得名。所有步骤在浏览器中完成，令牌对访问者是可见的，且客户端不需要认证。

它的步骤如下：

<p>（A）客户端将用户导向认证服务器。</p>
<p>（B）用户决定是否给于客户端授权。</p>
<p>（C）假设用户给予授权，认证服务器将用户导向客户端指定的"重定向URI"，并在URI的Hash部分包含了访问令牌。</p>
<p>（D）浏览器向资源服务器发出请求，其中不包括上一步收到的Hash值。</p>
<p>（E）资源服务器返回一个网页，其中包含的代码可以获取Hash值中的令牌。</p>
<p>（F）浏览器执行上一步获得的脚本，提取出令牌。</p>
<p>（G）浏览器将令牌发给客户端。</p>

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下面是上面这些步骤所需要的参数。

A步骤中，客户端发出的HTTP请求，包含以下参数：

response_type：表示授权类型，此处的值固定为"token"，必选项。
client_id：表示客户端的ID，必选项。
redirect_uri：表示重定向的URI，可选项。
scope：表示权限范围，可选项。
state：表示客户端的当前状态，可以指定任意值，认证服务器会原封不动地返回这个值。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
    GET /authorize?response_type=token&client_id=s6BhdRkqt3&state=xyz
        &redirect_uri=https%3A%2F%2Fclient%2Eexample%2Ecom%2Fcb HTTP/1.1
    Host: server.example.com

</code>

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C步骤中，认证服务器回应客户端的URI，包含以下参数：

access_token：表示访问令牌，必选项。
token_type：表示令牌类型，该值大小写不敏感，必选项。
expires_in：表示过期时间，单位为秒。如果省略该参数，必须其他方式设置过期时间。
scope：表示权限范围，如果与客户端申请的范围一致，此项可省略。
state：如果客户端的请求中包含这个参数，认证服务器的回应也必须一模一样包含这个参数。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     HTTP/1.1 302 Found
     Location: http://example.com/cb#access_token=2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA
               &state=xyz&token_type=example&expires_in=3600

</code>

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在上面的例子中，认证服务器用HTTP头信息的Location栏，指定浏览器重定向的网址。注意，在这个网址的Hash部分包含了令牌。

根据上面的D步骤，下一步浏览器会访问Location指定的网址，但是Hash部分不会发送。接下来的E步骤，服务提供商的资源服务器发送过来的代码，会提取出Hash中的令牌。

八、密码模式

密码模式（Resource Owner Password Credentials Grant）中，用户向客户端提供自己的用户名和密码。客户端使用这些信息，向"服务商提供商"索要授权。

在这种模式中，用户必须把自己的密码给客户端，但是客户端不得储存密码。这通常用在用户对客户端高度信任的情况下，比如客户端是操作系统的一部分，或者由一个著名公司出品。而认证服务器只有在其他授权模式无法执行的情况下，才能考虑使用这种模式。

它的步骤如下：

<p>（A）用户向客户端提供用户名和密码。</p>
<p>（B）客户端将用户名和密码发给认证服务器，向后者请求令牌。</p>
<p>（C）认证服务器确认无误后，向客户端提供访问令牌。</p>

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B步骤中，客户端发出的HTTP请求，包含以下参数：

grant_type：表示授权类型，此处的值固定为"password"，必选项。
username：表示用户名，必选项。
password：表示用户的密码，必选项。
scope：表示权限范围，可选项。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     POST /token HTTP/1.1
     Host: server.example.com
     Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
     Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

     grant_type=password&username=johndoe&password=A3ddj3w

</code>

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C步骤中，认证服务器向客户端发送访问令牌，下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     HTTP/1.1 200 OK
     Content-Type: application/json;charset=UTF-8
     Cache-Control: no-store
     Pragma: no-cache<span class="token application/json">

     <span class="token punctuation">{
       <span class="token string">"access_token"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"token_type"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"example"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"expires_in"<span class="token punctuation">:<span class="token number">3600<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"refresh_token"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"example_parameter"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"example_value"
     <span class="token punctuation">}

</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></code>

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上面代码中，各个参数的含义参见《授权码模式》一节。

整个过程中，客户端不得保存用户的密码。

九、客户端模式

客户端模式（Client Credentials Grant）指客户端以自己的名义，而不是以用户的名义，向"服务提供商"进行认证。严格地说，客户端模式并不属于OAuth框架所要解决的问题。在这种模式中，用户直接向客户端注册，客户端以自己的名义要求"服务提供商"提供服务，其实不存在授权问题。

它的步骤如下：

<p>（A）客户端向认证服务器进行身份认证，并要求一个访问令牌。</p>
<p>（B）认证服务器确认无误后，向客户端提供访问令牌。</p>

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A步骤中，客户端发出的HTTP请求，包含以下参数：

granttype：表示授权类型，此处的值固定为"clientcredentials"，必选项。
scope：表示权限范围，可选项。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     POST /token HTTP/1.1
     Host: server.example.com
     Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
     Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

     grant_type=client_credentials

</code>

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认证服务器必须以某种方式，验证客户端身份。

B步骤中，认证服务器向客户端发送访问令牌，下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     HTTP/1.1 200 OK
     Content-Type: application/json;charset=UTF-8
     Cache-Control: no-store
     Pragma: no-cache<span class="token application/json">

     <span class="token punctuation">{
       <span class="token string">"access_token"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"2YotnFZFEjr1zCsicMWpAA"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"token_type"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"example"<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"expires_in"<span class="token punctuation">:<span class="token number">3600<span class="token punctuation">,
       <span class="token string">"example_parameter"<span class="token punctuation">:<span class="token string">"example_value"
     <span class="token punctuation">}

</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></code>

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上面代码中，各个参数的含义参见《授权码模式》一节。

十、更新令牌

如果用户访问的时候，客户端的"访问令牌"已经过期，则需要使用"更新令牌"申请一个新的访问令牌。

客户端发出更新令牌的HTTP请求，包含以下参数：

granttype：表示使用的授权模式，此处的值固定为"refreshtoken"，必选项。
refresh_token：表示早前收到的更新令牌，必选项。
scope：表示申请的授权范围，不可以超出上一次申请的范围，如果省略该参数，则表示与上一次一致。

下面是一个例子。

<pre class=" language-http"><code class=" language-http">
     POST /token HTTP/1.1
     Host: server.example.com
     Authorization: Basic czZCaGRSa3F0MzpnWDFmQmF0M2JW
     Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
     grant_type=refresh_token&refresh_token=tGzv3JOkF0XG5Qx2TlKWIA

</code>

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