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使用 Apache HttpClient 突破 J2EE 站点认证

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J2EE 站点认证简介

出于安全性的需要和用户授权管理的考虑,常见的 J2EE 站点对特定资源都会加入认证/授权机制。例如一个公网上的论坛,一个只对特定用户开放的 RSS 或 Atom Feed,这些资源都必须在确信访问者为被授权用户时才能向访问者开放。为了实现这样的功能,J2EE 站点通常会采用某种站点认证机制,其中常见的有 HTTP Basic 认证和 J2EE Form-Based 认证。

HTTP Basic 认证

HTTP Basic 认证是 HTTP 认证协议(rfc2617)所定义的标准认证方式。要求 HTTP Basic 认证的服务器会在客户端访问受保护资源时向客户端发出请求,要求客户端上传用户名和密码对。服务器在收到用户名/密码并验证通过后,才将保护资源的内容返回给客户端。它的工作机制如下图:

图 1. HTTP Basic 认证原理
图 1. HTTP Basic 认证原理
图 1. HTTP Basic 认证原理

由于是 HTTP 规范,因而常见的浏览器,如 Internet Explorer,Mozilla Firefox,在 步骤 2 中收到服务器对用户名和密码的请求时会弹出认证对话框,供用户输入用户名/密码。

图 2. Firefox 在收到步骤 2 中请求时弹出的用户名/密码输入框
图 2. Firefox 在收到步骤 2 中请求时弹出的用户名/密码输入框
图 2. Firefox 在收到步骤 2 中请求时弹出的用户名/密码输入框

HTTP Basic 认证方式使用 base64 编码方式传送用户名和密码,而 base64 仅仅是一种公开的编码格式而非加密措施,因而如果信道本身不使用 SSL 等安全协议,用户密码较容易被截获。

J2EE Form-Based 认证

Form-Based 认证不同于 HTTP Basic 认证,它是 J2EE 对于认证方式的一种扩展。它使用自定义的 HTML 表单(通常为 login.jsp)作为输入用户名和密码的用户界面,最终将用户在表单上填入的用户名/密码提交至服务器。它的工作机制如下:

图 3. Form-Based 认证原理
图 3. Form-Based 认证原理
图 3. Form-Based 认证原理

Form-Based 认证方式在 J2EE 站点中更为常见。这一方面是由于它提供了自定义的用户名密码输入界面;另一方面它的传输也更为安全,通常情况下 login.jsp 会被配置为需要使用 SSL 信道访问,这样在步骤 2、3 中对用户名和密码的传送就被安全信道所保护,而较难被非法截取。

Apache HttpClient 认证功能简介

Apache HttpClient 是 Apache 开源组织提供的纯 Java 实现的 HTTP 开源包。它能模拟各类 HTTP 客户端所需功能,例如 HTTP/HTTPS 连接,GET/PUT 请求,甚至提供了超时重试的功能。

HttpClient 也提供了对标准 HTTP 认证的接口,在最新的 HttpClient 3.1 中,支持的认证方式有:

  • Basic 认证:即前面提到的 rfc2716 规范中定义的 HTTP Basic 认证方式。
  • Digest 认证:一种基于摘要的更为安全的认证协议,虽然它的应用没有 Basic 认证方式广泛。
  • NTLM 认证:微软制定的认证协议规范,然而此项标准的细节却并不公开。

我们可以注意到 Form-Based 认证并不在其中,这是因为 Form-Based 认证方式并非 HTTP 协议标准,而是 J2EE 提供的一种特殊的认证方式,因而开发者需要在 HttpClient 基础上另行开发适合 Form-Based 认证的方案。

使用 Apache HttpClient 通过 HTTP Basic 认证

由于 HttpClient 内置支持 HTTP Basic 认证方式,因而使用 HttpClient 通过 HTTP Basic 认证的步骤显得较为简单。

  1. 为 HttpClient 的状态对象添加用户名/密码对。可以注意到在 setCredentials 方法中的另一个参数为 AuthScope 对象。事实上我们添加的每个用户名/密码对都与一个 AuthScope 对象相关联。AuthScope 对象确定了此用户名/密码对的适用站点,在示例中所给出的用户名/密码对将只适用于 www.sample.com 位于 80 端口上的资源。HttpClient 在与其他站点交互时将不会使用此用户名/密码对,这样有效地防止了机密数据被传送至不必要的站点。
  2. 开启 HttpClient 提供的占先式(Preemptive)认证功能。开启了这个功能后,HttpClient 对于那些处在之前请求过的URI空间范围内的资源,会主动地随请求一起向服务器发送 Basic 认证数据,而不是等待服务器返回是否需要认证的响应后再提交认证。在多数情况下,能够减少请求-响应传递的次数,从而间接提高了服务器的响应能力。值得注意的是在这种情况下必须在 AuthScope 对象中明确指定适用站点,以避免向不相关的站点泄漏敏感数据。
  3. 创建 GetMethod 对象,此对象将使用 GET 方式对保护资源发出 HTTP 请求。
  4. setDoAuthentication(true) 语句将告知 HttpClient 在服务器端发回需要认证的请求后,自动将我们在步骤 1 中设置的用户名/密码对发送至服务器,以完成认证过程。
  5. 执行 GET 请求,获取和处理受保护资源的内容。
清单 1. Basic 认证示例
HttpClient client = new HttpClient();
	
// 1
client.getState().setCredentials(
    new AuthScope("www.sample.com", 80, AuthScope.ANY_REALM),
    new UsernamePasswordCredentials("username", "password")
);
         
// 2
client.getParams().setAuthenticationPreemptive(true);

// 3
GetMethod get = new GetMethod("http://www.sample.com/protected.html");

// 4
get.setDoAuthentication( true );

try {
    // 5
    int status = client.executeMethod( get );

    // process the content from the response
    …

} finally {
    get.releaseConnection();
}

由于 Basic 认证方式直接向服务器发送未经加密的用户名/密码对,导致这些敏感数据很容易在网络传输过程中被截取,因此安全性很低。所幸 HttpClient 对基于安全套接字层(SSL)的 HTTP 协议(HTTPS)提供了足够的支持,而且使用起来也很简单。不过之前需确保本地机器已经安装好 JSSE(Sun 提供的 JDK 1.4 及之后的版本已集成 JSSE)。

使用 HttpClient 进行标准的 SSL 连接对用户来说是透明的。参照清单 1,用户只需用符合 HTTPS 协议的 URL 作为参数生成 GetMethod 对象即可。除此之外,HttpClient 还允许用户定制 SSL 使得客户端程序能够自动接受不同类型的证书。

利用 HttpClient 实现一个自定义的 SSL 协议包括以下 3 个关键步骤:

  1. 定制一个实现了 org.apache.commons.httpclient.protocol.SecureProtocolSocketFactory 接口的工厂类。这个工厂类的作用是开启一个与服务器通讯的 Socket 并进行必需的初始化动作。关于实现该接口的具体细节,HttpClient 项目的主页上有详细的代码实例和注释说明。
  2. 利用之前创建的工厂类对象、HTTPS 协议名称和默认端口号实例化一个新的 org.apache.commons.httpclient.protocol.Protocol 对象。
  3. 注册这个自定义的 Protocol 对象使其与某个协议名绑定,当 HttpClient 处理此类协议时,将默认调用这个自定义 Protocol 对象。
清单 2. 在 HttpClient 中自定义 SSL 示例
// 1
SecureProtocolSocketFactory sampleSSLSocketFactory = new SampleSSLSocketFactory();
	
// 2
Protocol httpsProtocol = new Protocol("https", sampleSSLSocketFactory, 443);

// 3
Protocol.registerProtocol("https", httpsProtocol);

HttpClient client = new HttpClient();

client.getState().setCredentials(
    new AuthScope("www.sample.com", 80, AuthScope.ANY_REALM),
    new UsernamePasswordCredentials("username", "password")
);
         
// Request the protected resource via SSL
GetMethod get = new GetMethod("https://www.sample.com/protected.html");

get.setDoAuthentication( true );

try {
    int status = client.executeMethod( get );

    // process the content from the response
    …
} finally {
    get.releaseConnection();
}

使用 Apache HttpClient 通过 Form-Based 认证

Form-Based 认证相对 HTTP Basic 认证而言过程较为复杂,需要开发者记录下相关的 cookie 信息和部分 header 字段并多次向站点发出请求。它的大致原理如下:

假定我们需要访问的受保护资源为 http://www.sample.com/sampleApp/sample.rss。首先我们需要向此保护资源发出请求。而由 Form-Based 认证原理一节中可知,J2EE 服务器会将此请求重定向至 login.jsp。如果仔细分析 login.jsp 我们能发现它仅仅是一个 HTML 表单,其中有两个字段 j_username 和 j_password 分别记录用户名和密码,而提交的目标则是 j_security_check。通常情况下,J2EE 构架会在每个站点应用的根节点定义一个 j_security_check 的资源。而我们的站点的应用程序根(Application Root)为 sampleApp。因而,通过将用户名,密码以及相关 cookie 和 header 字段以 POST 方式发送至 http://www.sample.com/sampleApp/j_security_check 即可通过站点认证。在通过站点认证后,服务器端将给出一个新的重定向,通常它将指向了用户最初试图访问的受保护资源(本例中也就是 http://www.sample.com/sampleApp/sample.rss)。我们只需要再次创建访问对象向此资源发出请求即可获得其内容。

以下给出一个示例:

清单 3. Form-Based 认证示例
HttpClient client = new HttpClient();
client.getState().setCookiePolicy(CookiePolicy.COMPATIBILITY);

// 1
GetMethod authget = new GetMethod("httpwww.sample.comsampleAppsample.rss");
try {
    client.executeMethod(authget);
}
catch (HttpException httpe) {
    httpe.printStackTrace();
}
catch (IOException ioe) {
    ioe.printStackTrace();
}

// 2
NameValuePair[] data = new NameValuePair[2];
data[0] = new NameValuePair("j_username", username);
data[1] = new NameValuePair("j_password", password);

PostMethod authpost = new PostMethod("http://www.sample.com/sampleApp/j_security_check");
authpost.setRequestBody(data);

// 3
Header hCookie = authget.getRequestHeader("Cookie");
Header hHost = authget.getRequestHeader("Host");
Header hUserAgent = authget.getRequestHeader("User-Agent");
if (hCookie == null || hHost == null || hUserAgent == null) {
    return null;
}

authpost.setRequestHeader(hCookie);
authpost.setRequestHeader(hHost);
authpost.setRequestHeader(hUserAgent);

authget.releaseConnection();

try {
    client.executeMethod(authpost);

    // 4
    Header header = authpost.getResponseHeader("location");
    if (header != null) {
        String newuri = header.getValue(); 
        GetMethod redirect = new GetMethod(newuri);

        client.executeMethod(redirect); 
        // process the content from the response
        redirect.releaseConnection();            
    }
} catch (HttpException httpe) {
    httpe.printStackTrace();
    return null;
} catch (IOException ioe) {
    ioe.printStackTrace();
    return null;
}
authpost.releaseConnection();

其中各个步骤解释如下:

  1. 使用 GET 方式请求 sample.rss。服务器收到连接后将在响应中给出连接信息,HttpClient 在接收到响应后会将其保存至 cookie 中。
  2. 准备第二次对 j_security_check 的连接,将用户名和密码填入新的 POST 请求的正文。
  3. 将 cookie 和部分 header 字段拷贝至新请求的报头中,并发送请求。
  4. 从认证成功的响应中获取重定向,并对重定向指向的资源发出请求,获取并处理内容。

小结

随着 Web 2.0 时代的到来,Web 站点的数据和内容显得愈加重要。而为了收集这些数据,人们需要利用计算机本身的搜集能力,通过后台请求,而不是浏览器交互的方式去获取站点的数据。而商业站点中普遍存在的认证/授权机制显然成为了开发此类数据收集程序的一道屏障。Apache HttpClient 根据这些需求,提供了多种 HTTP 认证机制的实现方案。开发人员也可以利用 HttpClient 强大的底层功能,设计特定方案以通过 J2EE 站点的认证体系。


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Zone=Java technology, Open source
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ArticleTitle=使用 Apache HttpClient 突破 J2EE 站点认证
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