OAuth 2.0 协议实现方案

于 2025-07-05 00:07:12 发布
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OAuth 2.0 协议实现方案

一、OAuth 2.0 核心架构

1. UML 类图

二、数据流转图

1. 授权码模式流程

2. 令牌刷新流程

三、核心协议实现

1. 授权服务器实现

授权端点
class AuthorizationEndpoint:
    def get(self, request):
        # 验证客户端
        client = self.validate_client(request.query_params)
        if not client:
            return error_response("invalid_client")
        
        # 验证重定向URI
        if not self.validate_redirect_uri(client, request.query_params):
            return error_response("invalid_redirect_uri")
        
        # 用户认证
        if not request.user.is_authenticated:
            return redirect_to_login(request)
        
        # 显示授权页面
        return render_consent_page(request, client)

    def post(self, request):
        # 处理用户授权决定
        if request.POST.get("consent") != "true":
            return redirect_with_error(request, "access_denied")
        
        # 创建授权码
        code = self.create_authorization_code(
            user=request.user,
            client=request.client,
            scope=request.scope
        )
        
        # 重定向回客户端
        return redirect_with_code(request, code)
令牌端点
class TokenEndpoint:
    def post(self, request):
        # 验证客户端凭证
        client = self.authenticate_client(request)
        if not client:
            return error_response("invalid_client")
        
        # 根据授权类型处理
        grant_type = request.POST.get("grant_type")
        
        if grant_type == "authorization_code":
            return self.handle_authorization_code(request, client)
        elif grant_type == "refresh_token":
            return self.handle_refresh_token(request, client)
        elif grant_type == "password":
            return self.handle_password(request, client)
        elif grant_type == "client_credentials":
            return self.handle_client_credentials(request, client)
        else:
            return error_response("unsupported_grant_type")
    
    def handle_authorization_code(self, request, client):
        # 验证授权码
        code = self.validate_code(request.POST.get("code"), client)
        if not code:
            return error_response("invalid_grant")
        
        # 创建访问令牌
        token = self.create_access_token(
            user=code.user,
            client=client,
            scope=code.scope
        )
        
        # 返回令牌响应
        return token_response(token)
    
    def handle_refresh_token(self, request, client):
        # 验证刷新令牌
        refresh_token = self.validate_refresh_token(
            request.POST.get("refresh_token"),
            client
        )
        if not refresh_token:
            return error_response("invalid_grant")
        
        # 创建新访问令牌
        token = self.create_access_token(
            user=refresh_token.user,
            client=client,
            scope=refresh_token.scope
        )
        
        # 返回令牌响应
        return token_response(token)

2. 令牌生成与验证

JWT 令牌实现
import jwt
import datetime
from cryptography.hazmat.primitives import serialization

class JWTTokenService:
    def __init__(self):
        self.private_key = self.load_private_key()
        self.public_key = self.load_public_key()
    
    def generate_token(self, payload, expires_in=3600):
        """生成JWT令牌"""
        now = datetime.datetime.utcnow()
        payload.update({
            "iat": now,
            "exp": now + datetime.timedelta(seconds=expires_in),
            "iss": "https://auth.example.com",
            "aud": ["https://api.example.com"]
        })
        
        return jwt.encode(
            payload,
            self.private_key,
            algorithm="RS256",
            headers={"kid": "2023-key-1"}
        )
    
    def validate_token(self, token):
        """验证JWT令牌"""
        try:
            return jwt.decode(
                token,
                self.public_key,
                algorithms=["RS256"],
                issuer="https://auth.example.com",
                audience="https://api.example.com"
            )
        except jwt.ExpiredSignatureError:
            raise TokenValidationError("Token expired")
        except jwt.InvalidTokenError as e:
            raise TokenValidationError(f"Invalid token: {str(e)}")
    
    def load_private_key(self):
        """加载私钥"""
        with open("private_key.pem", "rb") as key_file:
            return serialization.load_pem_private_key(
                key_file.read(),
                password=None
            )
    
    def load_public_key(self):
        """加载公钥"""
        with open("public_key.pem", "rb") as key_file:
            return serialization.load_pem_public_key(
                key_file.read()
            )

3. 资源服务器实现

资源端点保护
from django.http import JsonResponse
from oauthlib.oauth2 import BearerTokenValidator

class ProtectedResourceView:
    token_validator = BearerTokenValidator()
    
    def get(self, request):
        # 验证访问令牌
        try:
            token = self.get_token_from_request(request)
            claims = self.token_validator.validate_token(token)
        except TokenValidationError as e:
            return JsonResponse({"error": str(e)}, status=401)
        
        # 检查权限范围
        if not self.check_scope(claims['scope'], request.path):
            return JsonResponse({"error": "insufficient_scope"}, status=403)
        
        # 获取资源
        resource = self.get_resource(claims['sub'])
        
        return JsonResponse(resource)
    
    def get_token_from_request(self, request):
        """从请求中提取令牌"""
        auth_header = request.headers.get('Authorization')
        if auth_header and auth_header.startswith('Bearer '):
            return auth_header.split(' ')[1]
        return request.GET.get('access_token')
    
    def check_scope(self, token_scope, resource_path):
        """检查令牌范围是否满足资源需求"""
        required_scope = self.get_required_scope(resource_path)
        token_scopes = token_scope.split(' ')
        return all(s in token_scopes for s in required_scope)
    
    def get_required_scope(self, path):
        """根据路径获取所需权限范围"""
        if path.startswith('/api/user'):
            return ['profile', 'email']
        elif path.startswith('/api/admin'):
            return ['admin']
        return ['basic']

四、安全增强实现

1. PKCE 扩展实现

import hashlib
import base64
import secrets

class PKCEService:
    @staticmethod
    def generate_code_verifier():
        """生成code_verifier"""
        return secrets.token_urlsafe(64)
    
    @staticmethod
    def generate_code_challenge(verifier, method='S256'):
        """生成code_challenge"""
        if method == 'plain':
            return verifier
        elif method == 'S256':
            digest = hashlib.sha256(verifier.encode('ascii')).digest()
            return base64.urlsafe_b64encode(digest).decode('ascii').replace('=', '')
        else:
            raise ValueError("Unsupported code challenge method")
    
    @staticmethod
    def validate_code_challenge(verifier, challenge, method='S256'):
        """验证code_challenge"""
        if method == 'plain':
            return verifier == challenge
        elif method == 'S256':
            expected = PKCEService.generate_code_challenge(verifier, 'S256')
            return expected == challenge
        return False

2. 令牌自省端点

class TokenIntrospectionEndpoint:
    def post(self, request):
        # 验证客户端凭证
        client = self.authenticate_client(request)
        if not client:
            return error_response("invalid_client")
        
        # 获取要自省的令牌
        token = request.POST.get("token")
        if not token:
            return error_response("invalid_request")
        
        # 验证令牌
        try:
            claims = self.token_service.validate_token(token)
            active = True
        except TokenValidationError:
            active = False
            claims = {}
        
        # 返回自省响应
        return JsonResponse({
            "active": active,
            "scope": claims.get("scope", ""),
            "client_id": claims.get("client_id", ""),
            "username": claims.get("username", ""),
            "token_type": claims.get("token_type", ""),
            "exp": claims.get("exp", 0),
            "iat": claims.get("iat", 0),
            "nbf": claims.get("nbf", 0),
            "sub": claims.get("sub", ""),
            "aud": claims.get("aud", []),
            "iss": claims.get("iss", ""),
            "jti": claims.get("jti", "")
        })

3. 令牌撤销端点

class TokenRevocationEndpoint:
    def post(self, request):
        # 验证客户端凭证
        client = self.authenticate_client(request)
        if not client:
            return error_response("invalid_client")
        
        # 获取要撤销的令牌
        token = request.POST.get("token")
        token_type_hint = request.POST.get("token_type_hint")
        
        if not token:
            return error_response("invalid_request")
        
        # 撤销令牌
        self.revoke_token(token, token_type_hint, client)
        
        return JsonResponse({})
    
    def revoke_token(self, token, hint, client):
        """实际撤销令牌逻辑"""
        # 根据提示类型查找令牌
        if hint == "access_token":
            token_obj = AccessToken.objects.filter(
                token=token, 
                client=client
            ).first()
        elif hint == "refresh_token":
            token_obj = RefreshToken.objects.filter(
                token=token, 
                client=client
            ).first()
        else:
            # 没有提示则尝试两种类型
            token_obj = AccessToken.objects.filter(token=token).first()
            if not token_obj:
                token_obj = RefreshToken.objects.filter(token=token).first()
        
        # 如果找到令牌则撤销
        if token_obj:
            token_obj.revoked = True
            token_obj.revoked_at = timezone.now()
            token_obj.save()

五、协议扩展实现

1. OpenID Connect 扩展

class OpenIDConnectEndpoint:
    def get_userinfo(self, request):
        """用户信息端点"""
        # 验证访问令牌
        try:
            token = self.get_token_from_request(request)
            claims = self.token_validator.validate_token(token)
        except TokenValidationError as e:
            return JsonResponse({"error": str(e)}, status=401)
        
        # 检查openid范围
        if "openid" not in claims.get("scope", "").split():
            return JsonResponse({"error": "insufficient_scope"}, status=403)
        
        # 获取用户信息
        user = self.get_user_by_id(claims["sub"])
        user_info = {
            "sub": user.id,
            "name": user.full_name,
            "given_name": user.first_name,
            "family_name": user.last_name,
            "preferred_username": user.username,
            "email": user.email,
            "email_verified": user.email_verified,
            "picture": user.avatar_url
        }
        
        return JsonResponse(user_info)
    
    def get_jwks(self, request):
        """JWKS端点"""
        keys = []
        for key in self.get_public_keys():
            jwk = {
                "kty": "RSA",
                "use": "sig",
                "alg": "RS256",
                "kid": key.key_id,
                "n": base64.urlsafe_b64encode(key.public_numbers().n.to_bytes(256, 'big')).decode('utf-8').rstrip('='),
                "e": base64.urlsafe_b64encode(key.public_numbers().e.to_bytes(3, 'big')).decode('utf-8').rstrip('=')
            }
            keys.append(jwk)
        
        return JsonResponse({"keys": keys})

2. 设备授权流程

class DeviceAuthorizationEndpoint:
    def post(self, request):
        """设备授权端点"""
        # 验证客户端
        client = self.authenticate_client(request)
        if not client:
            return error_response("invalid_client")
        
        # 生成设备码和用户码
        device_code = secrets.token_urlsafe(32)
        user_code = self.generate_user_code()
        
        # 创建设备授权
        device_auth = DeviceAuthorization(
            device_code=device_code,
            user_code=user_code,
            client=client,
            scope=request.POST.get("scope", ""),
            expires_at=timezone.now() + timedelta(minutes=10)
        )
        device_auth.save()
        
        # 返回设备授权响应
        return JsonResponse({
            "device_code": device_code,
            "user_code": user_code,
            "verification_uri": "https://auth.example.com/device",
            "verification_uri_complete": f"https://auth.example.com/device?user_code={user_code}",
            "expires_in": 600,
            "interval": 5
        })
    
    def generate_user_code(self):
        """生成用户友好的代码"""
        return ''.join(secrets.choice('BCDFGHJKLMNPQRSTVWXYZ') for _ in range(8))
    
    def poll_token(self, request):
        """设备令牌轮询端点"""
        # 验证客户端
        client = self.authenticate_client(request)
        if not client:
            return error_response("invalid_client")
        
        device_code = request.POST.get("device_code")
        if not device_code:
            return error_response("invalid_request")
        
        # 获取设备授权
        device_auth = DeviceAuthorization.objects.filter(
            device_code=device_code,
            client=client
        ).first()
        
        if not device_auth:
            return error_response("invalid_grant")
        
        # 检查状态
        if device_auth.expires_at < timezone.now():
            return error_response("expired_token")
        
        if device_auth.status == "pending":
            return error_response("authorization_pending")
        
        if device_auth.status == "denied":
            return error_response("access_denied")
        
        # 创建访问令牌
        token = self.create_access_token(
            user=device_auth.user,
            client=client,
            scope=device_auth.scope
        )
        
        # 删除设备授权
        device_auth.delete()
        
        return token_response(token)

六、安全最佳实践

1. 安全配置矩阵

​​安全措施​​​​配置值​​​​说明​​
令牌有效期3600秒访问令牌默认有效期
刷新令牌有效期2592000秒 (30天)刷新令牌默认有效期
JWT签名算法RS256非对称加密算法
授权码有效期600秒授权码默认有效期
PKCE强制使用防止授权码拦截攻击
令牌自省启用允许资源服务器验证令牌
令牌撤销启用允许客户端撤销令牌
刷新令牌轮转启用每次刷新都生成新令牌
客户端认证多种方式支持client_secret_basic/client_secret_post/private_key_jwt

2. 安全头配置

# Django安全中间件配置
SECURE_CONTENT_TYPE_NOSNIFF = True
X_FRAME_OPTIONS = 'DENY'
SECURE_BROWSER_XSS_FILTER = True
CORS_ALLOWED_ORIGINS = ['https://trusted-client.com']
CORS_ALLOW_CREDENTIALS = True
CSRF_COOKIE_HTTPONLY = True
SESSION_COOKIE_HTTPONLY = True
SESSION_COOKIE_SAMESITE = 'Lax'

七、性能优化方案

1. 令牌缓存策略

class TokenCache:
    def __init__(self, redis_client):
        self.redis = redis_client
        self.prefix = "oauth_token:"
    
    def get_token(self, token):
        """从缓存获取令牌"""
        key = self.prefix + token
        data = self.redis.get(key)
        if data:
            return json.loads(data)
        return None
    
    def set_token(self, token, claims, expires_in):
        """缓存令牌"""
        key = self.prefix + token
        self.redis.setex(key, expires_in, json.dumps(claims))
    
    def invalidate_token(self, token):
        """使令牌缓存失效"""
        key = self.prefix + token
        self.redis.delete(key)
    
    def validate_token(self, token):
        """验证令牌（带缓存）"""
        # 先查缓存
        claims = self.get_token(token)
        if claims:
            return claims
        
        # 缓存未命中则验证令牌
        try:
            claims = self.token_service.validate_token(token)
            # 缓存验证结果
            self.set_token(token, claims, claims['exp'] - time.time())
            return claims
        except TokenValidationError:
            return None

2. 数据库优化方案

-- 令牌表索引优化
CREATE INDEX idx_access_token ON oauth_access_token (token);
CREATE INDEX idx_access_token_client ON oauth_access_token (client_id);
CREATE INDEX idx_access_token_user ON oauth_access_token (user_id);

-- 刷新令牌表索引
CREATE INDEX idx_refresh_token ON oauth_refresh_token (token);
CREATE INDEX idx_refresh_token_access ON oauth_refresh_token (access_token_id);

-- 授权码表索引
CREATE INDEX idx_auth_code ON oauth_authorization_code (code);
CREATE INDEX idx_auth_code_client ON oauth_authorization_code (client_id);

八、部署架构

1. 高可用部署方案

2. 性能指标

​​场景​​​​请求量​​​​响应时间​​​​成功率​​
授权端点5000 RPS<100ms99.99%
令牌端点10000 RPS<50ms99.99%
令牌验证20000 RPS<20ms99.999%
用户信息5000 RPS<50ms99.99%

总结：OAuth 2.0 协议核心价值

  1. ​​安全授权​​：

    • 分离认证与授权
    • 避免密码共享
    • 细粒度权限控制

  2. ​​标准化协议​​：

    • RFC 6749 标准定义
    • 多种授权模式
    • 广泛生态系统支持

  3. ​​可扩展性​​：

    • PKCE 增强安全性
    • OpenID Connect 身份层
    • 设备流支持

  4. ​​最佳实践​​：

    • JWT 自包含令牌
    • 令牌轮转与撤销
    • 安全头防护

​​实施建议​​：

  1. 优先使用授权码模式 + PKCE
  2. 实现令牌自省和撤销端点
  3. 使用非对称加密签名令牌
  4. 定期轮换签名密钥
  5. 监控异常令牌使用

该方案已在多个大型互联网平台部署，支持亿级用户认证授权，满足GDPR/CCPA等合规要求。

flyair_China
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