1. 程式人生 > 其它 >基於Token的身份驗證的原理

基於Token的身份驗證的原理

本文轉載自:https://blog.csdn.net/wnvalentin/article/details/89854980

1 發展史

1、很久很久以前,Web 基本上就是文件的瀏覽而已, 既然是瀏覽,作為伺服器, 不需要記錄誰在某一段時間裡都瀏覽了什麼文件,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、但是隨著互動式Web應用的興起,像線上購物網站,需要登入的網站等等,馬上就面臨一個問題,那就是要管理會話,必須記住哪些人登入系統, 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,把這個字串給一併捎過來, 這樣我就能區分開誰是誰了。

3、這樣大家很嗨皮了,可是伺服器就不嗨皮了,每個人只需要儲存自己的session id,而伺服器要儲存所有人的session id ! 如果訪問伺服器多了, 就得由成千上萬,甚至幾十萬個。這對伺服器說是一個巨大的開銷 , 嚴重的限制了伺服器擴充套件能力, 比如說我用兩個機器組成了一個叢集, 小F通過機器A登入了系統, 那session id會儲存在機器A上, 假設小F的下一次請求被轉發到機器B怎麼辦? 機器B可沒有小F的 session id啊。

有時候會採用一點小伎倆: 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。

那隻好做session 的複製了, 把session id 在兩個機器之間搬來搬去, 快累死了。

      

後來有個叫Memcached的支了招: 把session id 集中儲存到一個地方, 所有的機器都來訪問這個地方的資料, 這樣一來,就不用複製了, 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, 所有人都得重新登入一遍, 估計得被人罵死。

      

也嘗試把這個單點的機器也搞出叢集,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、於是有人就一直在思考, 我為什麼要儲存這可惡的session呢, 只讓每個客戶端去儲存該多好?

可是如果不儲存這些session id , 怎麼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入的使用者, 那些不懷好意的傢伙們就可以偽造session id , 為所欲為了。

嗯,對了,關鍵點就是驗證 !

比如說, 小F已經登入了系統, 我給他發一個令牌(token), 裡邊包含了小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。

那就對資料做一個簽名吧, 比如說我用HMAC-SHA256 演算法,加上一個只有我才知道的金鑰, 對資料做一個簽名, 把這個簽名和資料一起作為token , 由於金鑰別人不知道, 就無法偽造token了。

這個token 我不儲存,當小F把這個token 給我發過來的時候,我再用同樣的HMAC-SHA256 演算法和同樣的金鑰,對資料再計算一次簽名, 和token 中的簽名做個比較, 如果相同, 我就知道小F已經登入過了,並且可以直接取到小F的user id , 如果不相同, 資料部分肯定被人篡改過, 我就告訴傳送者: 對不起,沒有認證。

Token 中的資料是明文儲存的(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, 所以我不能在其中儲存像密碼這樣的敏感資訊。

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使用者, 這其實和一個人的session id 被別人偷走是一樣的。

這樣一來,我就不儲存session id 了,我只是生成token , 然後驗證token,我用我的CPU計算時間獲取了我的session 儲存空間 !

解除了session id這個負擔,可以說是無事一身輕,我的機器叢集現在可以輕鬆地做水平擴充套件,使用者訪問量增大,直接加機器就行。這種無狀態的感覺實在是太好了!

2 Cookie

cookie 是一個非常具體的東西,指的就是瀏覽器裡面能永久儲存的一種資料,僅僅是瀏覽器實現的一種資料儲存功能。

cookie由伺服器生成,傳送給瀏覽器,瀏覽器把cookie以 K-V 形式儲存到某個目錄下的文字檔案內,下一次請求同一網站時會把該cookie傳送給伺服器。由於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,同時不會佔據太多磁碟空間,所以每個域的cookie數量是有限的。

3 Session

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

session 也是類似的道理,伺服器要知道當前發請求給自己的是誰。為了做這種區分,伺服器就要給每個客戶端分配不同的“身份標識”,然後客戶端每次向伺服器發請求的時候,都帶上這個“身份標識”,伺服器就知道這個請求來自於誰了。至於客戶端怎麼儲存這個“身份標識”,可以有很多種方式,對於瀏覽器客戶端,大家都預設採用 cookie 的方式。

伺服器使用session把使用者的資訊臨時儲存在了伺服器上,使用者離開網站後session會被銷燬。這種使用者資訊儲存方式相對cookie來說更安全,可是session有一個缺陷:如果web伺服器做了負載均衡,那麼下一個操作請求到了另一臺伺服器的時候session會丟失。

3.1cookie和session的區別

session是儲存伺服器端,cookie是儲存在客戶端,所以session的安全性比cookie高。

獲取session裡的資訊是通過存放在會話cookie裡的session id獲取的。而session是存放在伺服器的記憶體中裡,所以session裡的資料不斷增加會造成伺服器的負擔,所以會把很重要的資訊儲存在session中,而把一些次要東西儲存在客戶端的cookie裡。

cookie確切的說分為兩大類:會話cookie和持久化cookie。

會話cookie是存放在客戶端瀏覽器的記憶體中,他的生命週期和瀏覽器是一致的,當瀏覽器關閉會話cookie也就消失了

持久化cookie是存放在客戶端硬碟中,持久化cookie的生命週期是我們在設定cookie時候設定的那個儲存時間。

session的資訊是通過sessionid獲取的,而sessionid是存放在會話cookie當中的,當瀏覽器關閉的時候會話cookie消失,所以sessionid也就消失了,但是session的資訊還存在伺服器端,只是查不到所謂的session,但它並不是不存在。所以session在伺服器關閉的時候,或者是session過期,又或者呼叫了invalidate(),再或者是session中的某一條資料消失呼叫session.removeAttribute()方法,session在通過呼叫session.getsession來建立的。

4 Token

在Web領域基於Token的身份驗證隨處可見。在大多數使用Web API的網際網路公司中,tokens 是多使用者下處理認證的最佳方式。

以下幾點特性會讓你在程式中使用基於Token的身份驗證

  1. 無狀態、可擴充套件
  2. 支援移動裝置
  3. 跨程式呼叫
  4. 安全

那些使用基於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。

在介紹基於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麼做的。

4.1 傳統方式——基於伺服器的驗證

由於 HTTP 協議是無狀態的,這種無狀態意味著程式需要驗證每一次請求,從而辨別客戶端的身份。在這之前,程式都是通過在服務端儲存登入的使用者資訊來辨別身份的。這種方式一般都是通過儲存 session 來完成,可放在記憶體或磁碟上。下圖說明了基於伺服器驗證身份的過程:

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

4.2 基於伺服器驗證方式暴露的一些問題

  1. Seesions:每次認證使用者發起請求時,伺服器需要去建立一個記錄來儲存資訊。當越來越多的使用者發請求時,記憶體的開銷也會不斷增加。
  2. 可擴充套件性:由於sessions 存放在伺服器記憶體中,伴隨而來的是可擴充套件性問題。當我們想要增加伺服器來解決負載問題時,session 裡的關鍵性資訊會限制我們的擴充套件。
  3. CORS (跨域資源共享):當我們擴充套件應用程式,讓資料能夠從不同裝置上訪問時,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時(移動端訪問我們的 API 伺服器),可能會出現禁止請求的情況。
  4. CSRF (跨站請求偽造):使用者在訪問銀行網站時,他們很容易受到跨站請求偽造的攻擊,並且能夠被利用其訪問其他的網站。

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

4.3 基於Token的驗證原理

基於 Token 的身份驗證是無狀態的,我們不用將使用者資訊存在伺服器或 Session 中。這種概念解決了在服務端儲存資訊時的許多問題。沒有 session 資訊意味著你的程式可以根據需要去增減機器,而不用去擔心使用者是否登入和已經登入到了哪裡。

雖然基於Token的身份驗證實現的方式很多,但大致過程如下:

  1. 使用者通過使用者名稱和密碼傳送請求。
  2. 程式驗證。
  3. 程式返回一個簽名的 token給客戶端。
  4. 客戶端儲存 token, 並且每次請求都會附帶它。
  5. 服務端驗證 token 並返回資料。

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。我們也需要設定伺服器屬性

Access-Control-Allow-Origin: *

來讓伺服器能接受到來自所有域的請求。需要注意的是,在ACAO頭部指定 * 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.使用者登入校驗,校驗成功後就返回Token給客戶端。

2.客戶端收到資料後儲存在客戶端

3.客戶端每次訪問API是攜帶Token到伺服器端。

4.伺服器端採用filter過濾器校驗。校驗成功則返回請求資料,校驗失敗則返回錯誤碼

當我們在程式中認證了資訊並取得 token 之後,我們便能通過這個 token 做許多的事情。我們甚至能基於建立一個基於許可權的token傳給第三方應用程式,這些第三方程式能夠獲取到我們的資料(當然只限於該 token 被允許訪問的資料)。

4.5 Tokens的優勢

(1)無狀態、可擴充套件

在客戶端儲存的 token 是無狀態的,並且能夠被擴充套件。基於這種無狀態和不儲存Session資訊,負載均衡伺服器 能夠將使用者的請求傳遞到任何一臺伺服器上,因為伺服器與使用者資訊沒有關聯。相反在傳統方式中,我們必須將請求傳送到一臺儲存了該使用者 session 的伺服器上(稱為Session親和性),因此當用戶量大時,可能會造成一些擁堵。使用 token 完美解決了此問題。

(2)安全性

請求中傳送 token 而不是 cookie,這能夠防止 CSRF(跨站請求偽造) 攻擊。即使在客戶端使用 cookie 儲存 token,cookie 也僅僅是一個儲存機制而不是用於認證。另外,由於沒有 session,讓我們少我們不必再進行基於 session 的操作。

Token 是有時效的,一段時間之後使用者需要重新驗證。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。

(3)可擴充套件性

使用 Tokens 能夠與其它應用共享許可權。例如,能將一個部落格帳號和自己的QQ號關聯起來。當通過一個 第三方平臺登入QQ時,我們可以將一個部落格發到QQ平臺中。

使用 token,可以給第三方應用程式提供自定義的許可權限制。當用戶想讓一個第三方應用程式訪問它們的資料時,我們可以通過建立自己的API,給出具有特殊許可權的tokens。

(4)多平臺與跨域

我們已經討論了CORS (跨域資源共享)。當我們的應用和服務不斷擴大的時候,我們可能需要通過多種不同平臺或其他應用來接入我們的服務。

可以讓我們的API只提供資料,我們也可以從CDN提供服務(Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN.)。 在為我們的應用程式做了如下簡單的配置之後,就可以消除 CORS 帶來的問題。只要使用者有一個通過了驗證的token,資料和資源就能夠在任何域上被請求到。

Access-Control-Allow-Origin: *

(5)基於標準

有幾種不同方式來建立 token。最常用的標準就是 JSON Web Tokens。很多語言都支援它。

參考文獻

[1]The ins and outs of Token-based Authentication.