前沿技术｜单点登录再升级：一种新型扩展方案

引言

在现代信息系统中，业务系统的统一认证和单点登录（Single Sign-On, SSO）功能已成为多个业务系统整合、跨组织协作平台、大型在线服务平台以及政府和公共服务平台必不可少的组成部分。统一认证和SSO的主要优势在于实现用户管理的集中化，提高系统安全性，并为用户提供一致且简化的访问体验。然而，现有的单点登录技术在容错性和安全性方面仍存在一些不足。本文提出了一种基于单点登录的扩展方案，旨在增强现有解决方案的容错性、安全性和稳定性，从而为用户提供更可靠的服务。

技术概述

本文通过以下创新技术手段，显著提升了单点登录（SSO）系统的整体性能，包括安全性、稳定性和容错性：访问控制：通过用户的IP地址、MAC地址和访问时间设定连续访问和不连续访问的门限。登录态记录：记录连续访问用户的统一认证登录态。多项式算法保护：将登录态隐藏在多项式的常数中，通过多项式算法的思想进行保护。条件计算：依据多种条件计算解出多项式，才能获得隐藏在常数中的登录态。认证判断：根据定义的条件，判断是否授予用户登录态，从而进行认证。这些技术手段不仅解决了现有单点登录系统的不足，还为用户提供了更流畅和安全的访问体验。

方案介绍

当用户访问某个未登录过的系统时，首先通过本扩展方案判断用户是否拥有登录态以及是否在访问时间门限之内。如果都满足，则可以直接登录其他未登录过的业务系统；如果不满足，则需通过认证中心进行认证，认证通过后即可访问。本方案内部分为五个模块：时间门限控制模块、用户访问信息记录模块、登录态生成模块、用户登录态记录模块和访问权限判断模块。

（1）时间门限控制模块

此模块设置用户访问的超时时间。当用户首次登录时，记录其IP地址、MAC地址和当前时间。若同一用户再次访问时，判断上次访问时间是否超时。若未超时，则认定为连续访问；若超时，则认定为非连续访问，并重新记录用户信息，删除之前的数据。

（2）用户访问信息记录模块

记录用户在不同系统中的登录信息。当同一用户在一次连续访问中成功登录N个系统后，调用登录态生成模块。若用户非连续访问，清空之前的数据，确保每个用户只有一组数据。

（3）登录态生成模块

根据多项式算法生成登录态。设生成的登录态为L，N为系统预设值，M为系统群中系统个数，素数P为系统参数。随机选取N-1个正整数，生成多项式并分配给各系统对应的点。

（4）用户登录态记录模块

记录用户在系统群中的所有系统对应的坐标点。

（5）访问权限判断模块

根据用户的登录信息，判断是否生成登录态标识，并通过计算得出已生成的登录态标识，返回给待访问系统，进行登录操作。

本方案具体业务流程如下：

1)用户A访问系统K，系统K向扩展方案发送登录请求。

2)扩展方案判断用户A是否有登录态，若有则返回可登录结果。

3)判断用户A是否连续访问，若非连续，则请求认证中心生成访问令牌，再次登录系统K。

4)若连续访问，且登录次数小于N，则记录登录信息。

5)若连续访问，且登录次数等于N，则生成登录态标识L和随机多项式，记录坐标点。

6)通过扩展方案解出多项式，获取登录态标识L，返回给系统K。

7)系统K获取登录态标识L，创建会话，用户A成功登录。

技术优缺点

相比现有技术，本方案具有如下优势：

1)安全性提升。本方案通过将生成的登录态标识隐藏在多项式的常量中，显著提升了系统的安全性。只有通过获取特定的坐标并解开多项式方程，才能获得登录态标识。这种方法增加了破解难度，防止了简单的攻击手段。

2)稳定性提升。本方案设计在一次连续业务的前N次登录时才通过认证中心进行认证，其他情况均通过扩展方案进行登录。这大幅度减轻了认证中心的访问量，从而提高了认证中心的稳定性。认证中心的负载减少，意味着系统在高并发情况下也能保持良好的响应速度。

3)容错性提升。在认证中心宕机的情况下，已经在一次连续业务中登录过N次系统的用户仍然可以继续访问和使用系统。这种设计提高了系统的容错性，确保了在部分组件失效时，系统仍能提供基本服务。同时，由于引入系列新技术，本方案也存在初始部署和配置变复杂、计算开销略微增大等不足。

应用场景分析

本方案适用于任何由多套业务系统组成的系统群。只要有多套系统需要统一认证和单点登录，都可以使用本方案。以下是几个典型的应用场景：

（1）   政府服务平台

政府部门通常有多个独立的业务系统，如税务、社保、公安、教育、医疗等。这些系统之间的数据和服务相互独立，用户需要分别登录不同系统进行操作，增加了使用的复杂性。本方案可应用于以下政府服务场景：

统一认证：通过单点登录，市民只需一次认证即可访问多个政府服务。例如，市民可以通过一次登录同时访问税务申报、社保查询、户籍管理等多个系统，极大提升了用户体验。

数据共享：各政府部门可以通过单点登录系统实现数据共享，避免重复录入，提高数据的准确性和一致性。

安全管理：通过统一的认证和授权机制，政府部门可以更好地管理和监控用户的访问行为，提升系统的安全性。

智慧城市：在智慧城市建设中，单点登录系统可以整合交通、医疗、教育等多个领域的服务，提供一站式的市民服务平台。

电子政务：通过单点登录，市民可以在线办理各种政务服务，如申请证件、缴纳费用、查询信息等，提升政务服务的效率和透明度。

（2）大型在线服务平台

大型在线服务平台通常包括多个子系统，如电商平台、社交媒体平台、视频平台等。这些子系统功能各异，但用户群体重叠，需要频繁切换登录。本方案具有以下应用：

简化用户操作：用户可以在一个平台上访问多个子系统，如购物、支付、社交、视频等，单点登录简化了用户操作，提升了用户体验。

用户数据整合：通过单点登录，平台可以整合用户在不同子系统中的数据，提供个性化的推荐和服务。

营销活动：平台可以通过单点登录系统进行统一的营销活动，如积分兑换、会员特权等，增强用户粘性。

（3）企业内部协作平台

企业内部通常有多个业务系统，如ERP（企业资源计划）、CRM（客户关系管理）、HR（人力资源管理）等。这些系统之间的数据和流程相互独立，员工需要分别登录不同系统进行操作，增加了工作负担。本方案具有以下优势：

提高工作效率：通过单点登录，员工可以方便地在不同系统之间切换，无需重复登录，提高了工作效率。

数据整合：企业可以通过单点登录系统整合各业务系统的数据，提供统一的管理和分析平台，提升决策效率。

权限管理：通过统一的认证和授权机制，企业可以更好地管理和控制员工的访问权限，确保数据安全。特别地，对于大型制造企业，通过单点登录，员工可以在生产管理、供应链管理、客户服务等多个系统之间无缝切换，提升生产效率和服务质量。对于金融机构，如银行、保险公司等，通过单点登录，员工可以在客户管理、风险控制、财务管理等多个系统中自由切换，提升工作效率和服务水平。

（4）教育和科研机构

教育和科研机构通常有多个独立的系统，如教务管理系统、科研管理系统、图书馆管理系统等。学生和教职工需要分别登录不同系统进行操作，增加了使用的复杂性。应用本方案可实现以下功能：

统一身份认证：通过单点登录，学生和教职工只需一次认证即可访问多个系统，如选课、成绩查询、科研项目管理等，提升了用户体验。

资源共享：各系统可以通过单点登录系统实现资源共享，如图书馆资源、科研数据等，提升资源利用效率。

安全管理：通过统一的认证和授权机制，教育和科研机构可以更好地管理和监控用户的访问行为，确保数据安全。具体地，对于大学校园，通过单点登录，学生和教职工可以在教务管理、科研管理、图书馆管理等多个系统之间无缝切换，提升学习和科研效率。对于科研机构，通过单点登录，科研人员可以在项目管理、数据分析、文献查询等多个系统中自由切换，提升科研效率。

（5）医疗健康平台

医疗健康平台通常包括多个独立的系统，如电子病历系统、预约挂号系统、药品管理系统等。患者和医务人员需要分别登录不同系统进行操作，增加了使用的复杂性。本方案可带来以下优势：

患者体验提升：通过单点登录，患者只需一次认证即可访问多个系统，如预约挂号、病历查询、在线咨询等，提升了用户体验。

数据整合：各系统可以通过单点登录系统实现数据整合，如病历数据、药品数据等，提升医疗服务的质量和效率。

安全管理：通过统一的认证和授权机制，医疗机构可以更好地管理和监控用户的访问行为，确保数据安全。具体地，对于大型医院，通过单点登录，患者和医务人员可以在预约挂号、病历管理、药品管理等多个系统之间无缝切换，提升医疗服务效率。对于健康管理平台，通过单点登录，用户可以在健康咨询、在线问诊、健康档案管理等多个系统中自由切换，提升健康管理体验。

总结与展望

本文提出的基于单点登录的扩展方案，旨在解决统一认证系统中的单一认证中心所带来的负载问题和宕机风险。通过提高系统的安全性、稳定性和容错性，为用户提供更优质的访问体验。我们将通过不断的技术创新和应用扩展，以满足不同用户的个性化需求。基于单点登录的扩展方案将为各类组织和平台提供更加安全、稳定和便捷的认证服务，推动信息系统的智能化和数字化转型，期待在未来的技术发展中，继续为用户带来更优质的体验和更高效的服务。