如何使用 Envoy Gateway 在 API 网关侧基于 OIDC 实现单点登录？

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在微服务中常见的认证方式详解这篇博客中我们介绍到了 OAuth 2.0 认证，该身份认证协议有多种实现方式，其中最流行的就是 OpenID Connect（OIDC）认证。OIDC 能够为用户提供身份验证和授权。本文将介绍如何使用 Envoy Gateway 在 API 网关级别实现 OIDC 认证。

Envoy Gateway 支持的认证方式

Envoy Gateway 是一个使用 Envoy 实现的高性能的 API 网关，支持多种认证方式来保护 API 和微服务：

JWT 认证: 使用 JSON Web Tokens（JWT）进行认证。
mTLS（双向 TLS）: 使用双向 TLS 确保客户端和服务器之间的安全通信。
HTTP Basic 认证: 使用用户名和密码进行基本认证。
OIDC 认证: 使用 OpenID Connect 协议进行身份验证和授权。
外部认证：外部认证调用外部 HTTP 或 gRPC 服务来检查传入的 HTTP 请求是否经过认证。

本文重点介绍如何在 Envoy Gateway 中配置和使用 OIDC 认证从而在网关侧实现单点登录。

什么是 OIDC？

OpenID Connect（OIDC）是一个基于 OAuth 2.0 的身份验证协议。它允许客户端通过认证服务器验证用户身份，并获取有关用户的信息。

OIDC 认证流程如下图所示：

OIDC 为 OAuth 2.0 增加了身份验证层，通过引入 ID Token 和标准化的 UserInfo Endpoint，使 OAuth 2.0 不仅能够用于授权，还可以用于安全地验证用户身份，从而实现单点登录（SSO）和用户身份信息的获取。

为什么要实现单点登录？

单点登录（Single Sign-On, SSO）是一种身份验证方式，它允许用户使用一个账户登录多个独立的应用系统，通过一次身份验证即可无缝访问所有相关应用，减少重复输入用户名和密码的麻烦，从而提升用户体验。SSO 集中管理用户身份和认证，增强了系统安全性，并简化了 IT 管理流程。

对于微服务架构，SSO 尤其重要，因为它在各个微服务之间实现统一的认证和授权，避免了每个服务单独实现身份验证逻辑的需求，减少了用户重复登录的麻烦，并提高了用户体验。集中管理的方式还可以统一应用安全策略，更有效地监控和响应安全事件，提升系统的整体安全性。同时，通过使用标准化的令牌（如 JWT），SSO 简化了微服务之间的身份验证过程，提高了开发效率，让开发人员能够专注于业务逻辑的实现。

示例：使用 Envoy Gateway 和 Auth0 的单点登录

接下来我们将使用 Auth0 作为身份供应商，演示如何使用 Envoy Gateway 在 API 网关端实现单点登录。

你可以在 Bilibili 上查看该示例演示。

基于 Auth0 实现单点登录

首先我们先说明下示例中 Envoy Gateway 基于 Auth0 实现单点登录的详细流程，如下图所示。

步骤说明：

用户访问网站：用户通过浏览器访问 https://www.example.com。
请求转发：浏览器向 Envoy Gateway 发送 GET 请求。
检查 ID 令牌：Envoy Gateway 检查用户请求的 cookie 是否包含有效的 ID 令牌。
重定向到身份提供商：如果没有找到 ID 令牌，Envoy Gateway 将用户重定向到身份提供商（Identity Provider，IdP）的授权端点，在这里是 Auth0，关于 Auth0 如何实现 Login 的详细信息请查看 Auth0 文档。
用户登录：用户在身份提供商的登录页面输入用户名和密码，并提交凭证进行登录。
获取授权码：用户成功登录后，身份提供商将用户重定向回 Envoy Gateway，并在 URL 中包含授权码。
交换 ID 令牌：Envoy Gateway 使用授权码向身份提供商请求 ID 令牌。
设置 Cookie：身份提供商返回 ID 令牌，Envoy Gateway 将其设置为用户的 cookie。
重定向：Envoy Gateway 将 URL 重定向到 https://www.example.com。
验证 ID 令牌：Envoy Gateway 验证用户请求中的 ID 令牌。
路由请求：验证通过后，Envoy Gateway 将请求路由到后端应用（App）。

通过上述流程，Envoy Gateway 实现了单点登录功能。用户的 HTTP 请求在没有得到授权的情况下都会被转发单点登录页面。除了 Auth0 以外，Envoy Gateway 还支持多个身份提供商，如 Azure AD、Keycloak、Okta、OneLogin、Salesforce、UAA 等。

下面我们将按照时序图中的流程配置 Auth0 和 Envoy Gateway。

在 Auth0 上创建应用

请参考以下步骤在 Auth0 上设置一个 Regular Web Application：

访问 Auth0 并注册一个免费账户。
创建一个新的应用，并选择常规 Web 应用程序。
在应用设置中，记录或设置以下字段：
- Domain ：{DOMAIN}
- Client ID：{CLIENT_ID}
- Client Secret：{CLIENT_SECRET}
- Allowed Callback URLs：https://www.example.com/oauth2/myapp/callback
- Allowed Logout URLs：https://www.example.com/myapp/logout

记住上面的 Auth0 字段，我们将用它们来配置 Envoy Gateway 的安全策略。

提示

这里的 Logout URL 不起实际作用，应为在我们的下面示例中的 backend 服务并没有实现 Auth0 的 logout 接口。我们只是按照习惯在此添加该字段，以待未来实现。

下面展示的是 Auth0 的配置页面截图，在设置好用户后并创建普通 Web 应用后，你只需要配置这两个地方。

以上就是 Auth0 的全部配置，接下来我们将安装和配置 Envoy Gateway。

安装 Envoy Gateway

参考 Envoy Gateway 快速开始在 minikube 上安装 Envoy Gateway：

minikube start --driver=docker --cpus=2 --memory=2g
helm install eg oci://docker.io/envoyproxy/gateway-helm --version v1.0.1 -n envoy-gateway-system --create-namespace
kubectl apply -f https://github.com/envoyproxy/gateway/releases/download/v1.0.1/quickstart.yaml -n default

参考安全网关，为 Envoy Gateway 配置 TLS：

# 创建根证书和私钥来签署证书
openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -subj '/O=example Inc./CN=example.com' -keyout example.com.key -out example.com.crt

# 为 www.example.com 创建证书和私钥
openssl req -out www.example.com.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout www.example.com.key -subj "/CN=www.example.com/O=example organization"
openssl x509 -req -days 365 -CA example.com.crt -CAkey example.com.key -set_serial 0 -in www.example.com.csr -out www.example.com.crt

# 将证书/密钥存储在 Secret 中
kubectl create secret tls example-cert --key=www.example.com.key --cert=www.example.com.crt

更新快速开始中创建的网关，使其包含 443 端口并引用 example-cert Secret 的 HTTPS Listener：

echo '[
  {
    "op": "add",
    "path": "/spec/listeners/-",
    "value": {
      "name": "https",
      "protocol": "HTTPS",
      "port": 443,
      "tls": {
        "mode": "Terminate",
        "certificateRefs": [
          {
            "kind": "Secret",
            "group": "",
            "name": "example-cert"
          }
        ]
      }
    }
  }
]' | kubectl patch gateway eg --type=json --patch-file /dev/stdin

创建 HTTPRoute，为 /myapp 端点增加一条到backend 服务的路由：

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: myapp
spec:
  parentRefs:
  - name: eg
  hostnames: ["www.example.com"]
  rules:
  - matches:
    - path:
        type: PathPrefix
        value: /myapp
    backendRefs:
    - name: backend
      port: 3000
EOF

配置 Envoy Gateway 的 OIDC 认证

创建一个 Kubernetes Secret，用于存储 OAuth Client 的 Client Secret：

kubectl create secret generic auth0-client-secret --from-literal=client-secret=${CLIENT_SECRET}

注意

将 ${CLIENT_SECRET} 替换成你的 Auth0 Client Secret。

创建一个安全策略（SecurityPolicy）：

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.envoyproxy.io/v1alpha1
kind: SecurityPolicy
metadata:
  name: oidc-example
spec:
  targetRef:
    group: gateway.networking.k8s.io
    kind: Gateway
    name: eg
  oidc:
    provider:
      issuer: "https://${DOMAIN}"
    clientID: "${CLIENT_ID}"
    clientSecret:
      name: "auth0-client-secret"
    redirectURL: "https://www.example.com/myapp/oauth2/callback"
    logoutPath: "/myapp/logout"
EOF

注意事项

此处的 issuer 应该填写成 Auth0 Domain。
redirectURL 的值需要出现在 Auth0 配置的 Allowed Callback URLs 中。
logoutPath 是必须的，即使其 URL 端点并为实现 logout 逻辑。

在这个示例中我们为 Envoy Gateway 网关设置了 OIDC，修改 targetRef 到 HTTPRoute，也可以为单个路由设置 OIDC。关于 ODIC 的具体配置，请参考 Envoy Gateway API 文档。

将 www.example.com 添加到本地的 /etc/hosts 文件中：

echo "127.0.0.1 www.example.com" | sudo tee -a /etc/hosts

配置应用程序的端口转发，以便你可以在本地通过域名访问示例应用：

export ENVOY_SERVICE=$(kubectl get svc -n envoy-gateway-system --selector=gateway.envoyproxy.io/owning-gateway-namespace=default,gateway.envoyproxy.io/owning-gateway-name=eg -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')

sudo kubectl -n envoy-gateway-system port-forward service/${ENVOY_SERVICE} 443:443

现在在浏览器中访问 https://www.example.com，跳过证书风险提示，页面将跳转到 Auth0 的登录界面，如下图所示，选择使用 Google 账户登录。

在登录完成后，浏览器将跳转会 https://www.example.com 页面，并展示 HTTP 请求结果，如下面的 JSON 代码所示。

{
  "path": "/",
  "host": "www.example.com",
  "method": "GET",
  "proto": "HTTP/1.1",
  "headers": {
    /*Omit*/
    "Authorization": [
      "Bearer eyJhbGciOiJkaXIiLCJlbmMiOiJBMjU2R0NNIiwiaXNzIjoiaHR0cHM6Ly9kZXYtYXdoam15MzhnZzVxeng3dS51cy5hdXRoMC5jb20vIn0..IiH9LnxmnrGAVy-q.eQV_0Ssetw9mmrEaJNLlBowGJNX51awhh67WSejPrksuGU9e9-DcPJQqmR67ONFzTXWR6CFy4Rfgs4btsmEtvCtiNTCgrBHP90ddbOTg_pK31WnsQ7NThyRfGwoogSaAtK6hFrC2pxFaLj0XL7XvSPk-OaTzK1Zh1da1IM1cmWAWiBRc3nQiVWRDrExPo8-i5SawFe0jIcwytVSaRiX5Polyd3cZ7A7nlei-vDLCfj0HVzOO605nF7ED2dBSnZyev1sg14q598f3X2Vfhi2oJlnbiulGZIlpXgGbcPhzAJJxyEe6qpRpNg7Hbk8Ya-i8gUTwwNysrgm3.Zu5kD_6DzSfZPvwemttXYQ"
    ],
    "Cookie": [
      "OauthHMAC-167a6c5=RPdscXEBap0NeSIppJXoxkHt0qvMz4fNHXo2uvgDgIY=; OauthExpires-167a6c5=1716540771; BearerToken-167a6c5=eyJhbGciOiJkaXIiLCJlbmMiOiJBMjU2R0NNIiwiaXNzIjoiaHR0cHM6Ly9kZXYtYXdoam15MzhnZzVxeng3dS51cy5hdXRoMC5jb20vIn0..IiH9LnxmnrGAVy-q.eQV_0Ssetw9mmrEaJNLlBowGJNX51awhh67WSejPrksuGU9e9-DcPJQqmR67ONFzTXWR6CFy4Rfgs4btsmEtvCtiNTCgrBHP90ddbOTg_pK31WnsQ7NThyRfGwoogSaAtK6hFrC2pxFaLj0XL7XvSPk-OaTzK1Zh1da1IM1cmWAWiBRc3nQiVWRDrExPo8-i5SawFe0jIcwytVSaRiX5Polyd3cZ7A7nlei-vDLCfj0HVzOO605nF7ED2dBSnZyev1sg14q598f3X2Vfhi2oJlnbiulGZIlpXgGbcPhzAJJxyEe6qpRpNg7Hbk8Ya-i8gUTwwNysrgm3.Zu5kD_6DzSfZPvwemttXYQ; IdToken-167a6c5=eyJhbGciOiJSUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCIsImtpZCI6ImFKWkxWbnNrai0tYmhsNlJzVm51OCJ9.eyJpc3MiOiJodHRwczovL2Rldi1hd2hqbXkzOGdnNXF6eDd1LnVzLmF1dGgwLmNvbS8iLCJhdWQiOiJUZzhlNWVoa0xKM2hka3cxTzREMTBQd21QeTcxZHZtdiIsImlhdCI6MTcxNjQ1NDM3MSwiZXhwIjoxNzE2NDkwMzcxLCJzdWIiOiJnb29nbGUtb2F1dGgyfDExMjc0NDc3OTAyMjMzMTA0ODY0MCIsInNpZCI6IjRlSjhDZnZuZjd5Mm1kaE94QXBTY0JiUEhjOS1rZUVLIn0.r9dwIy_HeiO5_I3UlohLkeRES5FGoxqQnwmcA00cA_kdc5mUxgeVopXIhBUjJnTKv7bOUVJvFw21ew4gqVRJfllDyG-s_XfhSW1-lEXmCc2bGYDtOzva6k2S_VRgyMKfG04_DWFuTgO_pLtix28aYq8cGzKJ_VglT_KgRhoktzJu4Js5iCv9JPnydRJmpvRJwX3tDv_Q3mmUSazaLkhOTdiBJFrGlS07qEzJ_iWANZgR8uDNhpXdmlcqpb3MZkkMulr5-jXIgEhBQKpw28tUiSlzh6EpAVuBH9T1w8bUmFRzCc6JPPamJRfflYW5onNgYHDfcU0RpvpsCHRHRAZbdA"
    ],
    /*Omit*/
    "User-Agent": [
      "Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_7) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/125.0.0.0 Safari/537.36"
    ],
    "X-Envoy-Internal": [
      "true"
    ],
    "X-Forwarded-For": [
      "10.244.0.51"
    ],
    "X-Forwarded-Proto": [
      "https"
    ],
    "X-Request-Id": [
      "c1e64057-c5c8-4fb2-a304-25c291eeed32"
    ]
  },
  "namespace": "default",
  "ingress": "",
  "service": "",
  "pod": "backend-55d64d8794-4qvgd"
}

此时通过 Chrome 浏览器的 Inspector - Application - Cookies 查看到 ID Token 如下图所示：

编写代码 Python 代码，validate_id_token.py，解析 ID Token 并验证其有效性：

import jwt
import requests
from jwt.algorithms import RSAAlgorithm
import argparse
import json
import base64

def base64url_decode(input):
    rem = len(input) % 4
    if rem > 0:
        input += '=' * (4 - rem)
    return base64.urlsafe_b64decode(input)

def get_signing_key(jwk_url, kid):
    jwks = requests.get(jwk_url).json()
    for jwk in jwks['keys']:
        if jwk['kid'] == kid:
            return RSAAlgorithm.from_jwk(jwk)
    raise Exception('Public key not found.')

def validate_token(token, audience, issuer, jwk_url):
    headers = jwt.get_unverified_header(token)
    kid = headers['kid']
    signing_key = get_signing_key(jwk_url, kid)

    decoded_token = jwt.decode(
        token,
        signing_key,
        algorithms=["RS256"],
        audience=audience,
        issuer=issuer
    )
    return decoded_token

if __name__ == "__main__":
    parser = argparse.ArgumentParser(description='Validate a JWT token.')
    parser.add_argument('token', type=str, help='The JWT token to validate')
    args = parser.parse_args()

    token = args.token

    # 解析 token 的 payload 部分，提取 audience 和 issuer
    header, payload, signature = token.split('.')
    decoded_payload = base64url_decode(payload)
    payload_json = json.loads(decoded_payload)

    audience = payload_json['aud']
    issuer = payload_json['iss']
    jwk_url = f"{issuer}.well-known/jwks.json"

    try:
        decoded = validate_token(token, audience, issuer, jwk_url)
        print("Token is valid. Decoded payload:")
        for key, value in decoded.items():
            print(f"{key}: {value}")
    except Exception as e:
        print(f"Token validation failed: {e}")

下载代码 validate_id_token.py

安装依赖的包：

pip install pyjwt requests

运行代码：

python validate_id_token.py ${ID_TOKEN}

你将看到类似下面的输出：

Token is valid. Decoded payload:
iss: https://dev-awhjmy38gg5qzx7u.us.auth0.com/
aud: Tg8e5ehkLJ3hdkw1O4D10PwmPy71dvmv
iat: 1716470905
exp: 1716506905
sub: google-oauth2|112744779022331048640
sid: 4W_hQNJJ8ftDL8S3Cozp8GEu2Au4_e9N

通过该 ID Token 的值可以得出：

该令牌由 Auth0 签发（iss 字段）。
该令牌的受众是特定的应用或 API（aud 字段），对于 Auth0，这个值是 Client ID。
令牌是在 2024 年 5 月 23 日 04:08:25 UTC 签发的（iat 字段），并将在 2024 年 5 月 23 日 14:08:25 UTC 过期（exp 字段）。
令牌所代表的主体（用户）的唯一标识符是 google-oauth2|112744779022331048640（sub 字段）。在这里，这个标识符表明使用 Google OAuth2 登录的用户
会话 ID 是 4W_hQNJJ8ftDL8S3Cozp8GEu2Au4_e9N（sid 字段），用于会话管理。

验证单点登录：登出

由于我们的示例应用中没有实现 Auth0 的 Logout 逻辑，所以我们需要通过 HTTP 请求明确告知 Auth0 要 logout，在浏览器中访问该 URL：

https://${DOMAIN}/v2/logout?client_id=${CLIENT_ID}

请将 ${DOMAIN} 和 ${CLIENT_ID 修改为你的 Auth0 应用程序的配置项。关于 Auth0 如何登出 OIDC 端点的详细说明请查看 Auth0 文档。

登出后，页面将再次跳转到登录页面，在登录后，页面将重定向到 https://www.example.com。

总结

通过以上步骤，你可以在 Envoy Gateway 中实现 OIDC 认证，确保 API 的安全性。这种方法不仅能提供灵活的身份验证机制，还能简化应用程序的身份管理。通过集成 Auth0 等身份提供商，Envoy Gateway 可以轻松实现单点登录，提升用户体验和系统安全性。未来，你可以根据需求进一步配置和优化 Envoy Gateway，充分利用其强大的认证和授权功能，以满足更复杂的安全要求和业务需求。