Como autenticar usuários com o Cloud Identity-Aware Proxy para Python

Aplicativos em execução em plataformas gerenciadas pelo Google Cloud, como o App Engine, podem evitar o gerenciamento de autenticação de usuários e de sessão usando o Identity-Aware Proxy (IAP) para controlar o acesso. O IAP não só controla o acesso ao aplicativo como também fornece informações sobre os usuários autenticados, incluindo o endereço de e-mail e um identificador permanente para o aplicativo na forma de novos cabeçalhos HTTP.

Objetivos

• Exigir que os usuários do seu aplicativo do App Engine se autentiquem usando o IAP.

• Acessar as identidades dos usuários no aplicativo para exibir o endereço de e-mail autenticado do usuário atual.

Custos

Neste documento, você usará os seguintes componentes faturáveis do Google Cloud:

• App Engine
• IAP

Para gerar uma estimativa de custo baseada na projeção de uso deste tutorial, use a calculadora de preços. Novos usuários do Google Cloud podem estar qualificados para uma avaliação gratuita.

Ao concluir as tarefas descritas neste documento, é possível evitar o faturamento contínuo excluindo os recursos criados. Saiba mais em Limpeza.

Antes de começar

1. Faça login na sua conta do Google Cloud. Se você começou a usar o Google Cloud agora, crie uma conta para avaliar o desempenho de nossos produtos em situações reais. Clientes novos também recebem US$ 300 em créditos para executar, testar e implantar cargas de trabalho.

2. No console do Google Cloud, na página do seletor de projetos, selecione ou crie um projeto do Google Cloud.

   Observação: se você não pretende manter os recursos criados neste procedimento, crie um projeto novo em vez de selecionar um que já existe. Depois de concluir essas etapas, é possível excluir o projeto. Para fazer isso, basta remover todos os recursos associados a ele.

   Acessar o seletor de projetos

3. Instale a CLI do Google Cloud.

4. Para inicializar a CLI gcloud, execute o seguinte comando:

   gcloud init

5. No console do Google Cloud, na página do seletor de projetos, selecione ou crie um projeto do Google Cloud.

   Observação: se você não pretende manter os recursos criados neste procedimento, crie um projeto novo em vez de selecionar um que já existe. Depois de concluir essas etapas, é possível excluir o projeto. Para fazer isso, basta remover todos os recursos associados a ele.

   Acessar o seletor de projetos

6. Instale a CLI do Google Cloud.

7. Para inicializar a CLI gcloud, execute o seguinte comando:

   gcloud init

Experiência

Neste tutorial, o IAP é usado para autenticar usuários. Essa é apenas uma das várias abordagens possíveis. Para saber mais sobre os vários métodos de autenticação de usuários, consulte a seção Conceitos de autenticação.

O aplicativo Hello user-email-address

Neste tutorial, é usado um app Hello World do App Engine mínimo com um recurso atípico: em vez de "Hello world", ele exibe "Hello user-email-address", em que user-email-address é o endereço de e-mail do usuário autenticado.

Essa funcionalidade é possível por meio da análise das informações autenticadas que o IAP adiciona a cada solicitação da Web que passa no aplicativo. Há três novos cabeçalhos de solicitação adicionados a cada solicitação da Web que chega ao app. Os dois primeiros cabeçalhos são strings de texto simples que podem ser usadas para identificar o usuário. O terceiro cabeçalho é um objeto assinado criptograficamente com as mesmas informações.

• X-Goog-Authenticated-User-Email: o endereço de e-mail do usuário o identifica. Não armazene informações pessoais se o aplicativo puder evitar isso. Esse aplicativo não armazena dados. Ele apenas os retorna ao usuário.

• X-Goog-Authenticated-User-Id: esse ID de usuário atribuído pelo Google não mostra informações pessoais, mas permite que um aplicativo saiba que o usuário conectado é o mesmo que se conectou anteriormente.

• X-Goog-Iap-Jwt-Assertion: é possível configurar aplicativos do Google Cloud para aceitar solicitações da web de outros apps na nuvem ignorando o IAP, além de solicitações da web via Internet. Se um aplicativo for configurado dessa forma, é possível que essas solicitações tenham cabeçalhos forjados. Em vez de usar um dos cabeçalhos de texto simples mencionados anteriormente, é possível usar e verificar esse cabeçalho assinado por criptografia para confirmar se as informações foram fornecidas pelo Google. O endereço de e-mail do usuário e um ID de usuário permanente estão disponíveis como parte do cabeçalho assinado.

Se você tiver certeza de que o aplicativo está configurado para que apenas solicitações da Web via Internet possam acessá-lo e que não seja possível desativar o serviço do IAP, apenas uma linha de código será necessária para recuperar um ID de usuário único:

user_id = request.headers.get('X-Goog-Authenticated-User-ID')

No entanto, um aplicativo resiliente está preparado para erros, como uma configuração inesperada ou problemas ambientais. Assim, recomendamos criar uma função que use e verifique o cabeçalho criptograficamente assinado. A assinatura do cabeçalho não pode ser forjada. Quando verificada, ela pode ser usada para retornar a identificação.

Criar o código-fonte

1. Use um editor de texto para criar um arquivo chamado main.py e cole o código a seguir nele:

   authentication-users/main.py

   Ver no GitHub

   import sys
   
   from flask import Flask
   app = Flask(__name__)
   
   CERTS = None
   AUDIENCE = None
   
   def certs():
       """Returns a dictionary of current Google public key certificates for
       validating Google-signed JWTs. Since these change rarely, the result
       is cached on first request for faster subsequent responses.
       """
       import requests
   
       global CERTS
       if CERTS is None:
           response = requests.get(
               'https://www.gstatic.com/iap/verify/public_key'
           )
           CERTS = response.json()
       return CERTS
   
   def get_metadata(item_name):
       """Returns a string with the project metadata value for the item_name.
       See https://cloud.google.com/compute/docs/storing-retrieving-metadata for
       possible item_name values.
       """
       import requests
   
       endpoint = 'http://metadata.google.internal'
       path = '/computeMetadata/v1/project/'
       path += item_name
       response = requests.get(
           '{}{}'.format(endpoint, path),
           headers={'Metadata-Flavor': 'Google'}
       )
       metadata = response.text
       return metadata
   
   def audience():
       """Returns the audience value (the JWT 'aud' property) for the current
       running instance. Since this involves a metadata lookup, the result is
       cached when first requested for faster future responses.
       """
       global AUDIENCE
       if AUDIENCE is None:
           project_number = get_metadata('numeric-project-id')
           project_id = get_metadata('project-id')
           AUDIENCE = '/projects/{}/apps/{}'.format(
               project_number, project_id
           )
       return AUDIENCE
   
   def validate_assertion(assertion):
       """Checks that the JWT assertion is valid (properly signed, for the
       correct audience) and if so, returns strings for the requesting user's
       email and a persistent user ID. If not valid, returns None for each field.
       """
       from jose import jwt
   
       try:
           info = jwt.decode(
               assertion,
               certs(),
               algorithms=['ES256'],
               audience=audience()
               )
           return info['email'], info['sub']
       except Exception as e:
           print('Failed to validate assertion: {}'.format(e), file=sys.stderr)
           return None, None
   
   @app.route('/', methods=['GET'])
   def say_hello():
       from flask import request
   
       assertion = request.headers.get('X-Goog-IAP-JWT-Assertion')
       email, id = validate_assertion(assertion)
       page = "<h1>Hello {}</h1>".format(email)
       return page

   Esse arquivo main.py é explicado em detalhes na seção Como entender o código mais adiante neste tutorial.

2. Crie outro arquivo chamado requirements.txt e cole o seguinte nele:

   authentication-users/requirements.txt

   Ver no GitHub

   Flask==2.1.2
   cryptography==37.0.2
   python-jose[cryptography]==3.3.0
   requests==2.27.1

   O arquivo requirements.txt lista todas as bibliotecas Python não padrão que seu app precisa que o App Engine carregue para ele:

   • Flask é a framework da Web do Python usada para o app.

   • cryptography é um módulo que fornece funções criptográficas fortes.

   • python-jose[cryptography] fornece a função de verificação e decodificação do JWT.

   • requests recupera dados de sites.

3. Crie um arquivo chamado app.yaml e digite o seguinte texto:

   authentication-users/app.yaml

   Ver no GitHub

   runtime: python37

   O arquivo app.yaml informa ao App Engine o ambiente de linguagem que seu código requer.

Como entender o código

Veja nesta seção como funciona o código em main.py. Se você quiser apenas executar o app, avance para a seção Implantar o aplicativo.

O código a seguir está no arquivo main.py. Quando uma solicitação HTTP GET para a página inicial é recebida pelo app, o framework do Flask invoca a função say_hello:

authentication-users/main.py

Ver no GitHub

@app.route('/', methods=['GET'])
def say_hello():
    from flask import request

    assertion = request.headers.get('X-Goog-IAP-JWT-Assertion')
    email, id = validate_assertion(assertion)
    page = "<h1>Hello {}</h1>".format(email)
    return page

A função say_hello recebe o valor do cabeçalho da declaração do JWT que o IAP adicionou a partir da solicitação recebida e chama uma função para validar esse valor assinado criptograficamente. Em seguida, o primeiro valor retornado (e-mail) é usado em uma página da Web mínima que ela cria e retorna.

authentication-users/main.py

Ver no GitHub

def validate_assertion(assertion):
    """Checks that the JWT assertion is valid (properly signed, for the
    correct audience) and if so, returns strings for the requesting user's
    email and a persistent user ID. If not valid, returns None for each field.
    """
    from jose import jwt

    try:
        info = jwt.decode(
            assertion,
            certs(),
            algorithms=['ES256'],
            audience=audience()
            )
        return info['email'], info['sub']
    except Exception as e:
        print('Failed to validate assertion: {}'.format(e), file=sys.stderr)
        return None, None

A função validate_assertion usa a função jwt.decode da biblioteca de terceiros jose para verificar se a declaração está assinada corretamente e extrair as informações de payload. Essas informações são o endereço de e-mail do usuário autenticado e um ID exclusivo permanente para o usuário. Caso não seja possível decodificar a declaração, a função retornará None para cada um desses valores e imprimirá uma mensagem para registrar o erro.

Para validar uma declaração do JWT, é preciso conhecer os certificados de chave pública da entidade que assinou a declaração (neste caso, o Google) e o público a que ela se destina. No caso de um aplicativo do App Engine, o público é uma string com informações de identificação de um projeto do Google Cloud. Essa função recebe os certificados e a string de público das funções que a precedem.

authentication-users/main.py

Ver no GitHub

def audience():
    """Returns the audience value (the JWT 'aud' property) for the current
    running instance. Since this involves a metadata lookup, the result is
    cached when first requested for faster future responses.
    """
    global AUDIENCE
    if AUDIENCE is None:
        project_number = get_metadata('numeric-project-id')
        project_id = get_metadata('project-id')
        AUDIENCE = '/projects/{}/apps/{}'.format(
            project_number, project_id
        )
    return AUDIENCE

Você pode procurar o ID numérico e o nome do projeto do Google Cloud e colocá-los no código-fonte, mas a função audience faz isso consultando o serviço de metadados padrão disponibilizado para cada aplicativo do App Engine. Como o serviço de metadados é externo ao código do aplicativo, esse resultado é salvo em uma variável global que é retornada sem ter que procurar metadados nas chamadas subsequentes.

authentication-users/main.py

Ver no GitHub

def get_metadata(item_name):
    """Returns a string with the project metadata value for the item_name.
    See https://cloud.google.com/compute/docs/storing-retrieving-metadata for
    possible item_name values.
    """
    import requests

    endpoint = 'http://metadata.google.internal'
    path = '/computeMetadata/v1/project/'
    path += item_name
    response = requests.get(
        '{}{}'.format(endpoint, path),
        headers={'Metadata-Flavor': 'Google'}
    )
    metadata = response.text
    return metadata

O serviço de metadados do App Engine, assim como serviços de metadados similares para outros serviços de computação do Google Cloud, tem a aparência de um site e recebe consultas padrão da web. No entanto, ele não é um site externo, mas um recurso interno que retorna informações solicitadas sobre o aplicativo em execução. Por isso, é seguro usar http em vez de solicitações https. O serviço é usado para receber os identificadores atuais do Google Cloud necessários para definir o público da declaração do JWT.

authentication-users/main.py

Ver no GitHub

def certs():
    """Returns a dictionary of current Google public key certificates for
    validating Google-signed JWTs. Since these change rarely, the result
    is cached on first request for faster subsequent responses.
    """
    import requests

    global CERTS
    if CERTS is None:
        response = requests.get(
            'https://www.gstatic.com/iap/verify/public_key'
        )
        CERTS = response.json()
    return CERTS

A verificação de uma assinatura digital requer o certificado de chave pública do signatário. O Google fornece um site que retorna todos os certificados de chave pública usados atualmente. Esses resultados são armazenados em cache para caso sejam necessários novamente na mesma instância do aplicativo.

Como implantar o app

Agora é possível implantar o aplicativo e permitir que o IAP exija a autenticação dos usuários para que eles possam acessá-lo.

1. Na janela do terminal, acesse o diretório que contém o arquivo app.yaml e implante o aplicativo no App Engine:

   gcloud app deploy
   

2. Quando solicitado, selecione uma região próxima.

3. Quando receber uma mensagem perguntando se quer continuar com a operação de implantação, insira Y.

   Em alguns minutos, seu app está ativo na Internet.

4. Ver o aplicativo:

   gcloud app browse
   

   Na saída, copie web-site-url, o endereço da Web do aplicativo.

5. Em uma janela do navegador, cole web-site-url para abrir o aplicativo.

   Como você ainda não está usando o IAP, nenhum e-mail será exibido. Portanto, nenhuma informação de usuário será enviada para o aplicativo.

Ativar o IAP

Agora que existe uma instância do App Engine, é possível protegê-la com o IAP:

1. No Console do Google Cloud, acesse a página do Identity-Aware Proxy.

   Acessar a página do Identity-Aware Proxy

2. Como essa é a primeira vez que você ativa uma opção de autenticação para o projeto, você verá uma mensagem para configurar a tela de consentimento do OAuth antes de usar o IAP.

   Clique em Configurar tela de consentimento.

3. Na guia Tela de consentimento OAuth da página Credenciais, preencha os seguintes campos:

   • Se a sua conta estiver em uma organização no Google Workspace, selecione Externo e clique em Criar. A princípio, o app só estará disponível para os usuários que você permitir explicitamente.

   • No campo Nome do aplicativo, digite IAP Example.

   • No campo E-mail para suporte, digite seu endereço de e-mail.

   • No campo Domínio autorizado, digite a parte do nome do host do URL do aplicativo, por exemplo, iap-example-999999.uc.r.appspot.com. Pressione a tecla Enter depois de inserir o nome do host no campo.

   • No campo Link da página inicial do aplicativo, insira o URL do seu aplicativo. Por exemplo, https://iap-example-999999.uc.r.appspot.com/.

   • No campo Linha da política de privacidade do aplicativo, use o mesmo URL do link da página inicial para fins de teste.

4. Clique em Save. Quando for solicitado que você crie credenciais, feche a janela.

5. No Console do Cloud, acesse a página Identity-Aware Proxy.

   Acessar a página do Identity-Aware Proxy

6. Para atualizar a página, clique em Atualizar . A página exibe uma lista de recursos que são possíveis proteger.

7. Na coluna IAP, clique para ativar o IAP para o aplicativo.

8. No seu navegador, acesse web-site-url novamente.

9. Em vez da página da Web, há uma tela de login para autenticação. Ao fazer login, seu acesso será negado, porque o IAP não tem uma lista de usuários para permitir o acesso ao aplicativo.

Adicionar usuários autorizados ao aplicativo

1. No Console do Cloud, acesse a página do Identity-Aware Proxy.

   Acessar a página do Identity-Aware Proxy

2. Marque a caixa de seleção correspondente ao aplicativo do App Engine e clique em Adicionar principal.

3. Insira allAuthenticatedUsers e selecione o papel Cloud IAP/Usuário do app da Web protegido pelo IAP.

4. Clique em Save.

Agora qualquer usuário que o Google possa autenticar poderá acessar o aplicativo. Se quiser, restrinja o acesso adicionando apenas uma ou mais pessoas ou grupos como principais:

• Qualquer endereço de e-mail do Gmail ou do Google Workspace

• Um endereço de e-mail de Grupo do Google

• Um nome de domínio do Google Workspace

Acessar o aplicativo

1. No seu navegador, acesse web-site-url.

2. Para atualizar a página, clique em Atualizar .

3. Na tela de login, faça login com suas credenciais do Google.

   Será exibida uma página "Hello user-email-address" com seu endereço de e-mail.

   Se você ainda vir a mesma página de antes, talvez o navegador não esteja atualizando totalmente as novas solicitações, agora que você ativou o IAP. Feche todas as janelas do navegador, volte a abri-las e tente novamente.

Conceitos de autenticação

Existem várias formas de um aplicativo autenticar seus usuários e restringir o acesso somente a usuários autorizados. Veja nas seções a seguir os métodos de autenticação comuns, em nível de esforço decrescente para o aplicativo.

Opção	Vantagens	Desvantagens
Autenticação do aplicativo	O app pode ser executado em qualquer plataforma, com ou sem conexão de Internet Os usuários não precisam usar nenhum outro serviço para gerenciar a autenticação.	O app precisa gerenciar as credenciais do usuário com segurança e proteger contra divulgação. O app precisa manter os dados da sessão dos usuários conectados O app precisa fornecer o registro de usuários, alterações de senha e recuperação de senha
OAuth2	O app pode ser executado em qualquer plataforma conectada à Internet, incluindo uma estação de trabalho de desenvolvedor O app não precisa de registro de usuários, alterações de senha ou funções de recuperação de senha. O risco de divulgação de informações do usuário é delegado a outro serviço Novas medidas de segurança de login são processadas fora do app	Os usuários precisam se registrar no serviço de identidade O app precisa manter os dados da sessão dos usuários conectados
IAP	O app não precisa de códigos para gerenciar usuários, a autenticação ou o estado da sessão O app não tem credenciais de usuário que possam ser violadas	O aplicativo só pode ser executado em plataformas compatíveis com o serviço. Especificamente, determinados serviços do Google Cloud compatíveis com o IAP, como o App Engine.

Autenticação gerenciada pelo aplicativo

Com esse método, o aplicativo gerencia cada aspecto da autenticação de usuários por conta própria. O aplicativo precisa manter o próprio banco de dados de credenciais e gerenciar sessões de usuários, além de fornecer funções para gerenciar contas e senhas, verificar credenciais e emitir, verificar e atualizar sessões de usuário com cada login autenticado. O diagrama a seguir ilustra o método de autenticação gerenciado pelo aplicativo.

Conforme mostrado no diagrama, depois que o usuário faz login, o aplicativo cria e mantém informações sobre a sessão do usuário. Quando o usuário faz uma solicitação ao aplicativo, nela, devem estar incluídas informações da sessão que o aplicativo é responsável por verificar.

A principal vantagem dessa abordagem é que ela é autossuficiente e está sob controle do aplicativo. O app não precisa estar disponível na Internet. A principal desvantagem é que agora o aplicativo é responsável por fornecer todos os recursos de gerenciamento de contas e por proteger todos os dados confidenciais das credenciais.

Autenticação externa com OAuth2

Uma boa alternativa para gerenciar tudo no aplicativo é usar um serviço de identidade externo, como o Google, que lida com todas as informações e funcionalidades da conta do usuário e é responsável por proteger credenciais confidenciais. Quando um usuário tenta fazer login no aplicativo, a solicitação é redirecionada ao serviço de identidade, que o autentica e redireciona a solicitação de volta ao aplicativo com as informações de autenticação necessárias. Para saber mais, consulte Como autenticar como usuário final.

O diagrama a seguir ilustra a autenticação externa com o método OAuth2.

O fluxo no diagrama começa quando o usuário envia uma solicitação para acessar o aplicativo. Em vez de responder diretamente, o aplicativo redireciona o navegador do usuário para a plataforma de identidade do Google, que exibe uma página de login no Google. Após o login, o navegador do usuário é direcionado de volta para o aplicativo. Essa solicitação inclui informações que o aplicativo pode usar para procurar informações sobre o usuário agora autenticado, e o aplicativo agora responde ao usuário.

Esse método tem muitas vantagens para o aplicativo. Ele delega todos os recursos e riscos de gerenciamento da conta ao serviço externo, o que pode melhorar o login e a segurança da conta sem precisar alterar o app. No entanto, como mostrado no diagrama anterior, o aplicativo precisa ter acesso à Internet para usar esse método. Além disso, o app é responsável por gerenciar as sessões depois que o usuário é autenticado.

Identity-Aware Proxy

A terceira abordagem discutida neste tutorial é usar o IAP para gerenciar todas as autenticações e as sessões com qualquer alteração no aplicativo. O IAP intercepta todas as solicitações da Web para o app, bloqueia todas que não foram autenticadas e transmite outros dados de identidade de usuário adicionados a cada solicitação.

O gerenciamento da solicitação é mostrado no diagrama a seguir.

Solicitações de usuários são interceptadas pelo IAP, que bloqueia solicitações não autenticadas. As solicitações autenticadas são transmitidas ao aplicativo, desde que o usuário autenticado esteja na lista de usuários permitidos. As solicitações transmitidas por meio do IAP têm cabeçalhos adicionados que identificam o usuário que fez a solicitação.

O aplicativo não precisa mais lidar com informações de conta ou sessão do usuário. Qualquer operação que precise de um identificador exclusivo do usuário pode consegui-lo diretamente de cada solicitação da Web recebida. No entanto, esse método só pode ser usado para serviços de computação compatíveis com o IAP, como o App Engine e os balanceadores de carga. Não é possível usar o IAP em uma máquina de desenvolvimento local.

Limpar

Para evitar cobranças na sua conta do Google Cloud pelos recursos usados no tutorial, exclua o projeto que os contém ou mantenha o projeto e exclua os recursos individuais.

Cuidado: excluir um projeto tem os seguintes efeitos:

• Tudo no projeto é excluído. Se você tiver usado um projeto existente para as tarefas neste documento, a exclusão dele incluirá a exclusão de quaisquer outros trabalhos feitos no projeto.
• Os IDs do projeto personalizados são perdidos. Ao criar o projeto, você pode ter criado um código do projeto personalizado para ser usado no futuro. Para preservar os URLs que usam o ID do projeto, como um URL appspot.com, exclua recursos específicos do projeto, em vez de excluir o projeto inteiro.

Se você planeja passar por várias arquiteturas, tutoriais ou guias de início rápido, a reutilização de projetos pode evitar que você exceda os limites da cota do projeto.

1. No Console do Google Cloud, acesse a página Gerenciar recursos.

   Acessar "Gerenciar recursos"

2. Na lista de projetos, selecione o projeto que você quer excluir e clique em Excluir .
3. Na caixa de diálogo, digite o ID do projeto e clique em Encerrar para excluí-lo.