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徹底理解cookie,session,token

來源:墨顏丶 發布時間:2019-05-16 閱讀次數:

 發展史

  1、很久很久以前,Web 基本上就是文檔的瀏覽而已, 既然是瀏覽,作為服務器, 不需要記錄誰在某一段時間里都瀏覽了什么文檔,每次請求都是一個新的HTTP協議, 就是請求加響應,  尤其是我不用記住是誰剛剛發了HTTP請求,   每個請求對我來說都是全新的。這段時間很嗨皮

  2、但是隨著交互式Web應用的興起,像在線購物網站,需要登錄的網站等等,馬上就面臨一個問題,那就是要管理會話,必須記住哪些人登錄系統,  哪些人往自己的購物車中放商品,  也就是說我必須把每個人區分開,這就是一個不小的挑戰,因為HTTP請求是無狀態的,所以想出的辦法就是給大家發一個會話標識(session id), 說白了就是一個隨機的字串,每個人收到的都不一樣,  每次大家向我發起HTTP請求的時候,把這個字符串給一并捎過來, 這樣我就能區分開誰是誰了

  3、這樣大家很嗨皮了,可是服務器就不嗨皮了,每個人只需要保存自己的session id,而服務器要保存所有人的session id !  如果訪問服務器多了, 就得由成千上萬,甚至幾十萬個。

  這對服務器說是一個巨大的開銷 , 嚴重的限制了服務器擴展能力, 比如說我用兩個機器組成了一個集群, 小F通過機器A登錄了系統,  那session id會保存在機器A上,  假設小F的下一次請求被轉發到機器B怎么辦?  機器B可沒有小F的 session id啊。

  有時候會采用一點小伎倆: session sticky , 就是讓小F的請求一直粘連在機器A上, 但是這也不管用, 要是機器A掛掉了, 還得轉到機器B去。

  那只好做session 的復制了, 把session id  在兩個機器之間搬來搬去, 快累死了。

  后來有個叫Memcached的支了招: 把session id 集中存儲到一個地方, 所有的機器都來訪問這個地方的數據, 這樣一來,就不用復制了, 但是增加了單點失敗的可能性, 要是那個負責session 的機器掛了,  所有人都得重新登錄一遍, 估計得被人罵死。

  也嘗試把這個單點的機器也搞出集群,增加可靠性, 但不管如何, 這小小的session 對我來說是一個沉重的負擔

  4 于是有人就一直在思考, 我為什么要保存這可惡的session呢, 只讓每個客戶端去保存該多好?

  可是如果不保存這些session id ,  怎么驗證客戶端發給我的session id 的確是我生成的呢?  如果不去驗證,我們都不知道他們是不是合法登錄的用戶, 那些不懷好意的家伙們就可以偽造session id , 為所欲為了。

  嗯,對了,關鍵點就是驗證 !

  比如說, 小F已經登錄了系統, 我給他發一個令牌(token), 里邊包含了小F的 user id, 下一次小F 再次通過Http 請求訪問我的時候, 把這個token 通過Http header 帶過來不就可以了。

  不過這和session id沒有本質區別啊, 任何人都可以可以偽造,  所以我得想點兒辦法, 讓別人偽造不了。

  那就對數據做一個簽名吧, 比如說我用HMAC-SHA256 算法,加上一個只有我才知道的密鑰,  對數據做一個簽名, 把這個簽名和數據一起作為token ,   由于密鑰別人不知道, 就無法偽造token了。

  這個token 我不保存,  當小F把這個token 給我發過來的時候,我再用同樣的HMAC-SHA256 算法和同樣的密鑰,對數據再計算一次簽名, 和token 中的簽名做個比較, 如果相同, 我就知道小F已經登錄過了,并且可以直接取到小F的user id ,  如果不相同, 數據部分肯定被人篡改過, 我就告訴發送者: 對不起,沒有認證。

  Token 中的數據是明文保存的(雖然我會用Base64做下編碼, 但那不是加密), 還是可以被別人看到的, 所以我不能在其中保存像密碼這樣的敏感信息。

  當然, 如果一個人的token 被別人偷走了, 那我也沒辦法, 我也會認為小偷就是合法用戶, 這其實和一個人的session id 被別人偷走是一樣的。

  這樣一來, 我就不保存session id 了, 我只是生成token , 然后驗證token ,  我用我的CPU計算時間獲取了我的session 存儲空間 !

  解除了session id這個負擔,  可以說是無事一身輕, 我的機器集群現在可以輕松地做水平擴展, 用戶訪問量增大, 直接加機器就行。   這種無狀態的感覺實在是太好了!

 Cookie

  cookie 是一個非常具體的東西,指的就是瀏覽器里面能永久存儲的一種數據,僅僅是瀏覽器實現的一種數據存儲功能。

  cookie由服務器生成,發送給瀏覽器,瀏覽器把cookie以kv形式保存到某個目錄下的文本文件內,下一次請求同一網站時會把該cookie發送給服務器。由于cookie是存在客戶端上的,所以瀏覽器加入了一些限制確保cookie不會被惡意使用,同時不會占據太多磁盤空間,所以每個域的cookie數量是有限的。

 Session

  session 從字面上講,就是會話。這個就類似于你和一個人交談,你怎么知道當前和你交談的是張三而不是李四呢?對方肯定有某種特征(長相等)表明他就是張三。

  session 也是類似的道理,服務器要知道當前發請求給自己的是誰。為了做這種區分,服務器就要給每個客戶端分配不同的“身份標識”,然后客戶端每次向服務器發請求的時候,都帶上這個“身份標識”,服務器就知道這個請求來自于誰了。至于客戶端怎么保存這個“身份標識”,可以有很多種方式,對于瀏覽器客戶端,大家都默認采用 cookie 的方式。

  服務器使用session把用戶的信息臨時保存在了服務器上,用戶離開網站后session會被銷毀。這種用戶信息存儲方式相對cookie來說更安全,可是session有一個缺陷:如果web服務器做了負載均衡,那么下一個操作請求到了另一臺服務器的時候session會丟失。

 Token

  在Web領域基于Token的身份驗證隨處可見。在大多數使用Web API的互聯網公司中,tokens 是多用戶下處理認證的最佳方式。

  以下幾點特性會讓你在程序中使用基于Token的身份驗證

  1.無狀態、可擴展

  2.支持移動設備

  3.跨程序調用

  4.安全

  那些使用基于Token的身份驗證的大佬們

  大部分你見到過的API和Web應用都使用tokens。例如Facebook, Twitter, Google+, GitHub等。

  Token的起源

  在介紹基于Token的身份驗證的原理與優勢之前,不妨先看看之前的認證都是怎么做的。

  基于服務器的驗證

  我們都是知道HTTP協議是無狀態的,這種無狀態意味著程序需要驗證每一次請求,從而辨別客戶端的身份。

  在這之前,程序都是通過在服務端存儲的登錄信息來辨別請求的。這種方式一般都是通過存儲Session來完成。

  下圖展示了基于服務器驗證的原理

  隨著Web,應用程序,已經移動端的興起,這種驗證的方式逐漸暴露出了問題。尤其是在可擴展性方面。

  基于服務器驗證方式暴露的一些問題

  1.Seesion:每次認證用戶發起請求時,服務器需要去創建一個記錄來存儲信息。當越來越多的用戶發請求時,內存的開銷也會不斷增加。

  2.可擴展性:在服務端的內存中使用Seesion存儲登錄信息,伴隨而來的是可擴展性問題。

  3.CORS(跨域資源共享):當我們需要讓數據跨多臺移動設備上使用時,跨域資源的共享會是一個讓人頭疼的問題。在使用Ajax抓取另一個域的資源,就可以會出現禁止請求的情況。

  4.CSRF(跨站請求偽造):用戶在訪問銀行網站時,他們很容易受到跨站請求偽造的攻擊,并且能夠被利用其訪問其他的網站。

  在這些問題中,可擴展行是最突出的。因此我們有必要去尋求一種更有行之有效的方法。

  基于Token的驗證原理

  基于Token的身份驗證是無狀態的,我們不將用戶信息存在服務器或Session中。

  這種概念解決了在服務端存儲信息時的許多問題

  NoSession意味著你的程序可以根據需要去增減機器,而不用去擔心用戶是否登錄。

  基于Token的身份驗證的過程如下:

  1.用戶通過用戶名和密碼發送請求。

  2.程序驗證。

  3.程序返回一個簽名的token 給客戶端。

  4.客戶端儲存token,并且每次用于每次發送請求。

  5.服務端驗證token并返回數據。

  每一次請求都需要token。token應該在HTTP的頭部發送從而保證了Http請求無狀態。我們同樣通過設置服務器屬性Access-Control-Allow-Origin:* ,讓服務器能接受到來自所有域的請求。需要主要的是,在ACAO頭部標明(designating)*時,不得帶有像HTTP認證,客戶端SSL證書和cookies的證書。

  實現思路:

  1.用戶登錄校驗,校驗成功后就返回Token給客戶端。

  2.客戶端收到數據后保存在客戶端

  3.客戶端每次訪問API是攜帶Token到服務器端。

  4.服務器端采用filter過濾器校驗。校驗成功則返回請求數據,校驗失敗則返回錯誤碼

  當我們在程序中認證了信息并取得token之后,我們便能通過這個Token做許多的事情。

  我們甚至能基于創建一個基于權限的token傳給第三方應用程序,這些第三方程序能夠獲取到我們的數據(當然只有在我們允許的特定的token) 

  Tokens的優勢

  無狀態、可擴展

  在客戶端存儲的Tokens是無狀態的,并且能夠被擴展。基于這種無狀態和不存儲Session信息,負載負載均衡器能夠將用戶信息從一個服務傳到其他服務器上。

  如果我們將已驗證的用戶的信息保存在Session中,則每次請求都需要用戶向已驗證的服務器發送驗證信息(稱為Session親和性)。用戶量大時,可能會造成一些擁堵。

  但是不要著急。使用tokens之后這些問題都迎刃而解,因為tokens自己hold住了用戶的驗證信息。

  安全性

  請求中發送token而不再是發送cookie能夠防止CSRF(跨站請求偽造)。即使在客戶端使用cookie存儲token,cookie也僅僅是一個存儲機制而不是用于認證。不將信息存儲在Session中,讓我們少了對session操作。 

  token是有時效的,一段時間之后用戶需要重新驗證。我們也不一定需要等到token自動失效,token有撤回的操作,通過token revocataion可以使一個特定的token或是一組有相同認證的token無效。

  可擴展性()

  Tokens能夠創建與其它程序共享權限的程序。例如,能將一個隨便的社交帳號和自己的大號(Fackbook或是Twitter)聯系起來。當通過服務登錄Twitter(我們將這個過程Buffer)時,我們可以將這些Buffer附到Twitter的數據流上(we are allowing Buffer to post to our Twitter stream)。

  使用tokens時,可以提供可選的權限給第三方應用程序。當用戶想讓另一個應用程序訪問它們的數據,我們可以通過建立自己的API,得出特殊權限的tokens。

  多平臺跨域

  我們提前先來談論一下CORS(跨域資源共享),對應用程序和服務進行擴展的時候,需要介入各種各種的設備和應用程序。

  Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN. This eliminates the issues that CORS brings up after we set a quick header configuration for our application.

  只要用戶有一個通過了驗證的token,數據和資源就能夠在任何域上被請求到。

          Access-Control-Allow-Origin: *       

  基于標準

  創建token的時候,你可以設定一些選項。我們在后續的文章中會進行更加詳盡的描述,但是標準的用法會在JSON Web Tokens體現。

  最近的程序和文檔是供給JSON Web Tokens的。它支持眾多的語言。這意味在未來的使用中你可以真正的轉換你的認證機制。

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