单点登录与XML签名验证的挑战

在当今的网络世界中，单点登录（SSO）技术已经成为一种常见的身份验证方式。用户只需通过一个身份验证服务，就可以访问多个不同的服务和应用。这种技术在第三方网站中尤为常见，例如，用户可以通过自己的Facebook账户登录其他网站。然而，实现这一功能并非易事，尤其是在涉及到跨平台的交互时。本文将探讨在实现单点登录过程中遇到的一些技术挑战，特别是XML签名验证的问题。

团队目前负责维护一个为第三方网站提供单点登录服务的项目。这个项目的目标是让用户能够通过公司的平台进行身份验证，然后安全地访问第三方网站。为了实现这一目标，尝试使用PHP和SAML（安全断言标记语言）来构建一个示例的第三方网站。选择PHP的原因是家用网站使用PHP，而且服务器端实现是基于.NET的，因此使用PHP可以证明跨平台的互操作性。

SAML请求的实现

SAML请求部分的实现相对简单。它涉及到一个大型的GET请求，其中XML数据被压缩并使用第三方的私钥进行签名。请求和签名作为单独的请求参数提供。虽然URL包含许多长命名空间和URL编码的内容，但这些都是相对无害的。

为了验证SAML请求是否来自授权的合作伙伴，SSO平台需要从请求中查找Issuer字段，找到对应的合作伙伴公钥，并使用标准库验证加密签名。

SAML响应与XML签名

SAML响应告诉合作伙伴用户是否通过了身份验证。在特定情况下，它是一个包含XML文档的POST请求。文档中信息的真实性通过XML签名进行验证。

创建XML签名的步骤比简单地对一组字节进行数字签名要复杂得多。XML签名有很多变体和选项，如果没有库的支持，几乎不可能正确实现，而且编写这样的库也不是一件容易的事情。

XML签名允许同时对多个“引用”进行签名。理论上，引用可以是任何URI。在实践中，它要么是整个当前文档（空URI），要么是当前文档的片段（"#fragmentID"）。每个引用都会被规范化，然后计算其“摘要”（加密哈希）。摘要是一个常规的SHA1或SHA256哈希，这一步骤不使用任何密钥。

在第二步中，所有的摘要被收集到一个<SignedInfo>结构中。此外，它还可能包含发行者的公钥RSA，甚至是一个完整的X509证书。除了RSA密钥，证书还包含发行者信息，如位置和名称，并且可能由受信任的证书颁发机构签名。

<SignedInfo>然后被规范化，并使用发行者的私钥进行数字签名。带有摘要和签名的<SignedInfo>被添加到原始XML文档中，使其成为已签名的文档。

需要注意的是，<SignedInfo>可能根本不包含任何密钥信息，在这种情况下，验证者必须从其他来源找到发行者的公钥，例如，从已知发行者数据库中。即使<SignedInfo>包含密钥，验证者也必须确保这个密钥确实来自发行者，而不是来自某个恶意的中间人。

要验证XML签名，必须执行以下步骤：

• 确保发行者公钥有效，通过将证书追溯到受信任的权威机构，或通过检查已知发行者密钥数据库。
• 规范化<SignedInfo>节点。
• 验证<SignedInfo>节点的数字签名是否有效。
• 规范化每个引用，计算其摘要，并验证它是否与<SignedInfo>中提供的摘要匹配。

如果上述所有检查都通过，那么文档就是真实的，并且没有被篡改。

规范化的噩梦

需要注意的是，文档文本可能会（并且很可能）以非规范化的形式发送。因此，有很大的可能性，数字签名的内容与在文档中看到的内容不同。为了使签名验证成功，发行者和验证者都必须执行规范化过程，并且他们必须以完全相同的方式执行，否则摘要将不匹配。

规范化算法，说得委婉一点，是非平凡的。为了简化任务，“独占规范化”被定义为“规范化XML”加上一些“例外”。规范化XML本身就是一个庞大的算法：它将自闭合标签（<tag />）转换为开闭标签对（<tag></tag>），处理空格，属性顺序，传播命名空间等。独占规范化在简单条件下增加了一两段细化，例如“如果前缀尚未被任何输出祖先渲染，或者其父元素的最近输出祖先没有在节点集中具有与N相同的命名空间前缀和值的命名空间节点。”

标准中提供的“非规范实现”在“许多简单情况下”都能工作，但根据标准作者自己的承认，它是“受限的”。

PHP库和在线签名验证器

发现了两个声称实现了XML签名验证的PHP库：

• robrichards/xmlseclibs：文档中的用例展示了如何创建XML签名，但没有展示如何验证它。有一个verify()方法，但不清楚如何使用它。
• Marcel Tyszkiewicz的php-XMLDigitalSignature。它也有一个verify()方法，但示例只验证刚刚创建的签名。即使在查看了源代码一段时间后，也不清楚（甚至在查看了源代码一段时间后）如何验证来自其他人的签名。

还有FR3D/XmlDSig，它是xmlseclibs的包装器。它的代码有一个直接的verify()方法，它使用xmlseclib的verify()。

然而，即使有了这个库，也无法验证签名，因为服务器没有正确地执行规范化。

XML签名验证器

为了对文档进行理智检查，使用.NET框架编写了一个控制台验证程序（以后可能会详细介绍）。

• 在处理整个文档签名时（ReferenceUri=""）工作得很好，但如果签名只应用于文档的一部分（ReferenceUri="#mySignedElement"）则失败。离线.NET版本可以很好地处理这两种情况。
• 似乎根本不起作用：它无法验证任何其他验证器识别为好的文档。