CAS实现单点登录（SSO）原理

一、CAS协议概述与核心价值

CAS（Central Authentication Service）作为开源单点登录协议，自2001年由耶鲁大学IT部门开发以来，已成为企业级应用集成的标准方案。其核心价值在于通过集中式认证服务，解决多系统独立认证导致的用户体验差、密码管理复杂、安全审计分散等问题。典型应用场景包括高校信息系统整合、企业级门户建设、云服务生态认证等。

CAS协议采用B/S架构，包含客户端（Client）、用户（User）和CAS服务器（Server）三方角色。与传统OAuth2.0/OIDC协议不同，CAS采用票据（Ticket）机制而非Token，具有更轻量级的实现特点。其最新版本CAS 6.x已支持REST API、JWT票据、多因素认证等现代特性，兼容Spring Security等主流框架。

二、CAS单点登录核心流程解析

1. 初次登录认证流程

当用户首次访问受保护应用（Service）时，系统执行以下步骤：

1. 用户访问Service → Service重定向至CAS登录页（含service参数）
2. CAS服务器展示登录表单 → 用户提交凭证
3. CAS验证凭证有效性 → 生成ST（Service Ticket）
4. 重定向回Service（含ST）→ Service验证ST有效性
5. 创建本地会话 → 用户访问受保护资源

技术实现要点：

• ST采用加密随机字符串（如UUID+HMAC），有效期通常5分钟
• CAS服务器需维护ST与Service的映射关系
• Service验证ST时需调用CAS的/serviceValidate接口

2. 跨系统单点登录流程

已登录用户访问新系统时：

1. 用户访问Service2 → Service2检测无本地会话
2. 重定向至CAS（含renew=false参数）→ CAS检测存在TGT
3. 直接生成新ST → 重定向回Service2 → 完成登录

此流程依赖CAS服务器维护的TGT（Ticket Granting Ticket），TGT存储于服务器会话或加密Cookie（如Remember-Me场景），有效期通常8小时。

3. 单点登出实现机制

登出操作涉及三方清理：

1. 用户触发登出 → Service销毁本地会话
2. 重定向至CAS登出页 → CAS销毁TGT
3. CAS发起后端通知（可选）→ 各Service清理会话

实现方式包括：

• 前端重定向（简单但不可靠）
• 后端通知（需Service暴露回调接口）
• 轮询检测（CAS 5.x+支持）

三、CAS票据体系深度解析

1. TGT（Ticket Granting Ticket）

• 存储位置：服务器内存/Redis/数据库
• 生成方式：UUID+服务器密钥签名
• 安全特性：
  • 绑定客户端IP（可选）
  • 支持一次性使用模式
  • 关联用户属性（通过CAS属性释放）

2. ST（Service Ticket）

• 结构组成：前缀（ST-）+随机字符串
• 验证方式：Service通过HTTPS调用/serviceValidate
• 防重放攻击：
  • 一次性使用设计
  • 绑定Service URL校验
  • 票据超时自动失效

3. 代理票据（PGT）

适用于需要代理认证的场景（如后台服务调用）：

1. 用户登录 → 获取TGT和PGT
2. 应用使用PGT获取PGTIOU（Proxy Granting Ticket IOU）
3. 通过PGTIOU获取PGTID → 用于后续代理请求

典型应用：定时任务系统、微服务架构间的认证传递。

四、CAS安全设计与实践

1. 传输安全保障

• 强制HTTPS配置
• ST/TGT的加密存储
• 密码传输支持加密通道（如LDAPS）
• 最新版支持MFA（Google Authenticator/YubiKey）

2. 防御常见攻击

• CSRF防护：验证Referer头/同步令牌
• 票据固定：绑定客户端IP（配置项）
• 暴力破解防护：登录失败锁定策略
• 中间人攻击防御：HSTS头强制HTTPS

3. 审计与监控

• 登录日志记录（含IP、时间、结果）
• 票据使用追踪
• 集成ELK实现可视化分析
• 异常登录告警机制

五、企业级部署最佳实践

1. 高可用架构设计

• 集群部署：共享TGT存储（Redis/Memcached）
• 负载均衡：会话保持策略
• 灾备方案：多数据中心部署

2. 性能优化方案

• 票据缓存：本地内存+分布式缓存结合
• 异步验证：对非关键系统采用异步模式
• 连接池配置：优化数据库/LDAP连接

3. 集成开发建议

• Spring Security集成示例：

  @Configuration
  public class CasConfig {
    @Bean
    public ServiceProperties serviceProperties() {
        return new ServiceProperties();
    }
    @Bean
    public Cas20ProxyTicketValidator ticketValidator() {
        return new Cas20ProxyTicketValidator("https://cas.example.com");
    }
    @Bean
    public CasAuthenticationFilter casAuthenticationFilter() throws Exception {
        // 配置细节...
    }
  }

• 属性释放配置：通过JSON/LDAP/JDBC源释放用户属性
• 自定义登录页：覆盖CAS默认主题

六、典型问题解决方案

1. 跨域问题处理

• 配置CORS支持
• 使用子域名Cookie共享
• 代理服务器配置

2. 移动端适配

• 嵌入WebView的深度链接处理
• 自定义移动端登录流程
• 短生命周期ST设计

3. 混合云部署

• 跨域SSO配置
• 防火墙规则优化
• 票据同步机制

七、未来演进方向

1. 协议融合：与OAuth2.0/OIDC互操作
2. 无密码认证：支持WebAuthn标准
3. AI风控：基于行为分析的异常检测
4. 区块链应用：去中心化身份验证探索

CAS协议凭借其成熟的票据体系、灵活的扩展机制和活跃的开源社区，在企业单点登录领域持续保持领先地位。通过合理配置和二次开发，可满足从高校到金融行业的多样化认证需求。建议实施时重点关注票据安全、高可用设计和监控体系构建，以确保系统稳定运行。