1   概述

在存在賬號體系的資訊系統中，對身份的鑑定是非常重要的事情。

隨著移動網際網路時代到來，客戶端的型別越來越多， 逐漸出現了 一個伺服器，N個客戶端的格局 。

不同的客戶端產生了不同的使用者使用場景，這些場景：

1. 有不同的環境安全威脅
2. 不同的會話生存週期
3. 不同的使用者許可權控制體系
4. 不同級別的介面呼叫方式

綜上所述，它們的身份認證方式也存在一定的區別。

本文將使用一定的篇幅對這些場景進行一些分析和梳理工作。

2   使用場景

下面是一些在IT服務常見的一些使用場景:

1. 使用者在web瀏覽器端登入系統,使用系統服務
2. 使用者在手機端（Android/iOS）登入系統,使用系統服務
3. 使用者使用開放介面登入系統,呼叫系統服務
4. 使用者在PC處理登入狀態時通過手機掃碼授權手機登入（使用得比較少）
5. 使用者在手機處理登入狀態進通過手機掃碼授權PC進行登入（比較常見）

通過對場景的細分,得到如下不同的認證token類別:

1. 原始賬號密碼類別

   • 使用者名稱和密碼
   • API應用ID/KEY

2. 會話ID類別

   • 瀏覽器端token
   • 移動端token
   • API應用token

3. 介面呼叫類別

   • 介面訪問token

4. 身份授權類別

   • PC和移動端相互授權的token

3   token的類別

不同場景的token進行如下幾個維度的對比:

天然屬性 對比:

1. 使用成本

   本認證方式在使用的時候,造成的不便性。比如:

   • 賬號密碼需要使用者開啟頁面然後逐個鍵入
   • 二維碼需要使用者掏出手機進行掃碼操作

2. 變化成本

   本認證方式,token發生變化時,使用者需要做出的相應更改的成本:

   • 使用者名稱和密碼發生變化時,使用者需要額外記憶和重新鍵入新密碼
   • API應用ID/KEY發生變化時,第三方應用需要重新在程式碼中修改並部署
   • 授權二維碼發生變化時,需要使用者重新開啟手機應用進行掃碼

3. 環境風險

   • 被偷窺的風險
   • 被抓包的風險
   • 被偽造的風險

可調控屬性 對比:

1. 使用頻率

   • 在網路中傳送的頻率

2. 有效時間

   • 此token從建立到終結的生存時間

最終的目標:安全和影響。

安全和隱私性主要體現在:

• token 不容易被竊取和盜用（通過對傳送頻率控制）
• token 即使被竊取,產生的影響也是可控的（通過對有效時間控制）

關於隱私及隱私破壞後的後果,有如下的基本結論:

1. 曝光頻率高的容易被截獲
2. 生存週期長的在被截獲後產生的影響更嚴重和深遠

遵守如下原則:

1. 變化成本高的token不要輕易變化
2. 不輕易變化的token要減少曝光頻率（網路傳輸次數）
3. 曝光頻率高的token的生存週期要儘量短

將各類token的固有特點及可控屬性進行調控後, 對每個指標進行量化評分（1~5分），我們可以得到如下的對比表：

備註:

• user_name/passwd 和 app_id/app_key 是等價的效果

4   token的層級關係

參考上一節的對比表，可以很容易對這些不同用途的token進行分層，主要可以分為4層：

1. 密碼層

   最傳統的使用者和系統之間約定的數字身份認證方式

2. 會話層

   使用者登入後的會話生命週期的會話認證

3. 呼叫層

   使用者在會話期間對應用程式介面的呼叫認證

4. 應用層

   使用者獲取了介面訪問呼叫許可權後的一些場景或者身份認證應用

在一個多客戶端的資訊系統裡面,這些token的產生及應用的內在聯絡如下:

1. 使用者輸入使用者名稱和使用者口令進行一次性認證
2. 在 不同 的終端裡面生成擁有 不同 生命週期的會話token
3. 客戶端會話token從服務端交換生命週期短但曝光 頻繁 的介面訪問token
4. 會話token可以生成和重新整理延長 access_token 的生存時間
5. access_token可以生成生存週期最短的用於授權的二維碼的token

使用如上的架構有如下的好處：

1. 良好的統一性。可以解決不同平臺上認證token的生存週期的 歸一化 問題
2. 良好的解耦性。核心介面呼叫伺服器的認證 access_token 可以完成獨立的實現和部署
3. 良好的層次性。不同平臺的可以有完全不同的使用者許可權控制系統，這個控制可以在 會話層 中各平臺解決掉

4.1   賬號密碼

廣義的 賬號/密碼 有如下的呈現方式:

1. 傳統的註冊使用者名稱和密碼
2. 應用程式的app_id/app_key

它們的特點如下：

1. 會有特別的意義

   比如：使用者自己為了方便記憶，會設定有一定含義的賬號和密碼。

2. 不常修改

   賬號密碼對使用者有特別含義，一般沒有特殊情況不會願意修改。 而app_id/app_key則會寫在應用程式中，修改會意味著重新發布上線的成本

3. 一旦洩露影響深遠

   正因為不常修改，只要洩露了基本相當於使用者的網路身份被洩露，而且只要沒被察覺這種身份盜用就會一直存在

所以在認證系統中應該儘量減少傳輸的機會，避免洩露。

4.2   客戶端會話token

功能：充當著session的角色，不同的客戶端有不同的生命週期。

使用步驟：

1. 使用者使用賬號密碼，換取會話token

不同的平臺的token有不同的特點。

Web平臺生存週期短

主要原因：

1. 環境安全性

   由於web登入環境一般很可能是公共環境，被他人盜取的風險值較大

2. 輸入便捷性

   在PC上使用鍵盤輸入會比較便捷

移動端生存週期長

主要原因：

1. 環境安全性

   移動端平臺是個人使用者極其私密的平臺，它人接觸的機會不大

2. 輸入便捷性

   在移動端上使用手指在小螢幕上觸控輸入體驗差，輸入成本高

4.3   access_token

功能：服務端應用程式api介面訪問和呼叫的憑證。

使用步驟：

1. 使用具有較長生命週期的會話token來換取此介面訪問token。

其曝光頻率直接和介面呼叫頻率有關，屬於高頻使用的憑證。 為了照顧到隱私性，儘量減少其生命週期，即使被截取了，也不至於產生嚴重的後果。

注意：在客戶端token之下還加上一個access_token， 主要是為了讓具有不同生命週期的客戶端token最後在呼叫api的時候， 能夠具有統一的認證方式。

4.4   pam_token

功能：由已經登入和認證的PC端生成的二維碼的原始串號（Pc Auth Mobile）。

主要步驟如下：

1. PC上使用者已經完成認證，登入了系統
2. PC端生成一組和此使用者相關聯的pam_token
3. PC端將此pam_token的使用連結生成二維碼
4. 移動端掃碼後，請求伺服器，並和使用者資訊關聯
5. 移動端獲取refresh_token(長時效的會話)
6. 根據 refresh_token 獲取 access_token
7. 完成正常的介面呼叫工作

備註:

• 生存週期為2分鐘,2分鐘後過期刪除
• 沒有被使用時,每1分鐘變一次
• 被使用後,立刻刪除掉
• 此種認證模式一般不會被使用到

4.5   map_token

功能：由已經登入的移動app來掃碼認證PC端系統，並完成PC端系統的登入（Mobile Auth Pc）。

主要步驟：

1. 移動端完成使用者身份的認證登入app
2. 未登入的PC生成匿名的 map_token
3. 移動端掃碼後在db中生成 map_token 和使用者關聯（完成簽名）
4. db同時針對此使用者生成 web_token
5. PC端一直以 map_token 為引數查詢此命名使用者的 web_token
6. PC端根據 web_token 去獲取 access_token
7. 後續正常的呼叫介面呼叫工作

備註:

• 生存週期為2分鐘,2分鐘後過期刪除
• 沒有被使用時,每1分鐘變一次
• 被使用後,立刻刪除掉

5   小結與展望

本文所設計的基於token的身份認證系統，主要解決了如下的問題：

1. token的分類問題
2. token的隱私性引數設定問題
3. token的使用場景問題
4. 不同生命週期的token分層轉化關係

本文中提到的設計方法，在 應用層 中可以適用於且不限於如下場景中：

1. 1. 使用者登入
   2. 有時效的優惠券發放
   3. 有時效的邀請碼發放
   4. 有時效的二維碼授權
   5. 具有時效 手機/郵件 驗證碼
   6. 多個不同平臺呼叫同一套API介面
   7. 多個平臺使用同一個身份認證中心