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        徹底理解Cookie,Session,Token

        【線下技術沙龍】11月23日,多云時代開啟企業業務新高度,安全如何與時俱進?

         

        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。

        這對服務器來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。 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。

        需要注意的是,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。

        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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