前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录

图片[1]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

概览

本文你将看到:

  • 基于 HTTP 的前端鉴权背景
  • cookie 为什么是最方便的存储方案,有哪些操作 cookie 的方式
  • session 方案是如何实现的,存在哪些问题
  • token 方案是如何实现的,如何进行编码和防篡改?jwt 是做什么的?refresh token 的实现和意义
  • session 和 token 有什么异同和优缺点
  • 单点登录是什么?实现思路和在浏览器下的处理

从状态说起

「HTTP 无状态」我们知道,HTTP 是无状态的。也就是说,HTTP 请求方和响应方间无法维护状态,都是一次性的,它不知道前后的请求都发生了什么。但有的场景下,我们需要维护状态。最典型的,一个用户登陆微博,发布、关注、评论,都应是在登录后的用户状态下的。「标记」那解决办法是什么呢?::标记::。

在学校或公司,入学入职那一天起,会录入你的身份、账户信息,然后给你发个卡,今后在园区内,你的门禁、打卡、消费都只需要刷这张卡。

「前端存储」这就涉及到一发、一存、一带,发好办,登陆接口直接返回给前端,存储就需要前端想办法了。

前提是,你要把卡带在身上。

前端的存储方式有很多。

  • 最矬的,挂到全局变量上,但这是个「体验卡」,一次刷新页面就没了
  • 高端点的,存到 cookie、localStorage 等里,这属于「会员卡」,无论怎么刷新,只要浏览器没清掉或者过期,就一直拿着这个状态。

前端存储这里不展开了。有地方存了,请求的时候就可以拼到参数里带给接口了。

基石:cookie

可是前端好麻烦啊,又要自己存,又要想办法带出去,有没有不用操心的?

有,cookie。cookie 也是前端存储的一种,但相比于 localStorage 等其他方式,借助 HTTP 头、浏览器能力,cookie 可以做到前端无感知。一般过程是这样的:

  • 在提供标记的接口,通过 HTTP 返回头的 Set-Cookie 字段,直接「种」到浏览器上
  • 浏览器发起请求时,会自动把 cookie 通过 HTTP 请求头的 Cookie 字段,带给接口

「配置:Domain / Path」

你不能拿清华的校园卡进北大。

cookie 是要限制::「空间范围」::的,通过 Domain(域)/ Path(路径)两级。

Domain属性指定浏览器发出 HTTP 请求时,哪些域名要附带这个 Cookie。如果没有指定该属性,浏览器会默认将其设为当前 URL 的一级域名,比如 www.example.com 会设为 example.com,而且以后如果访问example.com的任何子域名,HTTP 请求也会带上这个 Cookie。如果服务器在Set-Cookie字段指定的域名,不属于当前域名,浏览器会拒绝这个 Cookie。Path属性指定浏览器发出 HTTP 请求时,哪些路径要附带这个 Cookie。只要浏览器发现,Path属性是 HTTP 请求路径的开头一部分,就会在头信息里面带上这个 Cookie。比如,PATH属性是/,那么请求/docs路径也会包含该 Cookie。当然,前提是域名必须一致。—— Cookie — JavaScript 标准参考教程(alpha)

「配置:Expires / Max-Age」

你毕业了卡就不好使了。

cookie 还可以限制::「时间范围」::,通过 Expires、Max-Age 中的一种。

Expires属性指定一个具体的到期时间,到了指定时间以后,浏览器就不再保留这个 Cookie。它的值是 UTC 格式。如果不设置该属性,或者设为null,Cookie 只在当前会话(session)有效,浏览器窗口一旦关闭,当前 Session 结束,该 Cookie 就会被删除。另外,浏览器根据本地时间,决定 Cookie 是否过期,由于本地时间是不精确的,所以没有办法保证 Cookie 一定会在服务器指定的时间过期。Max-Age属性指定从现在开始 Cookie 存在的秒数,比如60 * 60 * 24 * 365(即一年)。过了这个时间以后,浏览器就不再保留这个 Cookie。如果同时指定了Expires和Max-Age,那么Max-Age的值将优先生效。如果Set-Cookie字段没有指定Expires或Max-Age属性,那么这个 Cookie 就是 Session Cookie,即它只在本次对话存在,一旦用户关闭浏览器,浏览器就不会再保留这个 Cookie。—— Cookie — JavaScript 标准参考教程(alpha)

「配置:Secure / HttpOnly」

有的学校规定,不带卡套不让刷(什么奇葩学校,假设);有的学校不让自己给卡贴贴纸。

cookie 可以限制::「使用方式」::。

Secure属性指定浏览器只有在加密协议 HTTPS 下,才能将这个 Cookie 发送到服务器。另一方面,如果当前协议是 HTTP,浏览器会自动忽略服务器发来的Secure属性。该属性只是一个开关,不需要指定值。如果通信是 HTTPS 协议,该开关自动打开。HttpOnly属性指定该 Cookie 无法通过 JavaScript 脚本拿到,主要是Document.cookie属性、XMLHttpRequest对象和 Request API 都拿不到该属性。这样就防止了该 Cookie 被脚本读到,只有浏览器发出 HTTP 请求时,才会带上该 Cookie。—— Cookie — JavaScript 标准参考教程(alpha)

「HTTP 头对 cookie 的读写」回过头来,HTTP 是如何写入和传递 cookie 及其配置的呢?HTTP 返回的一个 Set-Cookie 头用于向浏览器写入「一条(且只能是一条)」cookie,格式为 cookie 键值 + 配置键值。例如:

Set-Cookie: username=jimu; domain=jimu.com; path=/blog; Expires=Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT; Secure; HttpOnly 

那我想一次多 set 几个 cookie 怎么办?多给几个 Set-Cookie 头(一次 HTTP 请求中允许重复)

Set-Cookie: username=jimu; domain=jimu.comSet-Cookie: height=180; domain=me.jimu.comSet-Cookie: weight=80; domain=me.jimu.com 

HTTP 请求的 Cookie 头用于浏览器把符合当前「空间、时间、使用方式」配置的所有 cookie 一并发给服务端。因为由浏览器做了筛选判断,就不需要归还配置内容了,只要发送键值就可以。

Cookie: username=jimu; height=180; weight=80 

「前端对 cookie 的读写」前端可以自己创建 cookie,如果服务端创建的 cookie 没加HttpOnly,那恭喜你也可以修改他给的 cookie。调用document.cookie可以创建、修改 cookie,和 HTTP 一样,一次document.cookie能且只能操作一个 cookie。

document.cookie = 'username=jimu; domain=jimu.com; path=/blog; Expires=Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT; Secure; HttpOnly'; 

调用document.cookie也可以读到 cookie,也和 HTTP 一样,能读到所有的非HttpOnly cookie。

console.log(document.cookie);// username=jimu; height=180; weight=80 

(就一个 cookie 属性,为什么读写行为不一样?get / set 了解下)「cookie 是维持 HTTP 请求状态的基石」了解了 cookie 后,我们知道 cookie 是最便捷的维持 HTTP 请求状态的方式,大多数前端鉴权问题都是靠 cookie 解决的。当然也可以选用别的存储方式(后面也会多多少少提到)。那有了存储工具,接下来怎么做呢?

应用方案:服务端 session

现在回想下,你刷卡的时候发生了什么?

其实你的卡上只存了一个 id(可能是你的学号),刷的时候物业系统去查你的信息、账户,再决定「这个门你能不能进」「这个鸡腿去哪个账户扣钱」。

这种操作,在前后端鉴权系统中,叫 session。典型的 session 登陆/验证流程:

图片[2]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog
  • 浏览器登录发送账号密码,服务端查用户库,校验用户
  • 服务端把用户登录状态存为 Session,生成一个 sessionId
  • 通过登录接口返回,把 sessionId set 到 cookie 上
  • 此后浏览器再请求业务接口,sessionId 随 cookie 带上
  • 服务端查 sessionId 校验 session
  • 成功后正常做业务处理,返回结果

「Session 的存储方式」显然,服务端只是给 cookie 一个 sessionId,而 session 的具体内容(可能包含用户信息、session 状态等),要自己存一下。存储的方式有几种:

  • Redis(推荐):内存型数据库,redis中文官方网站。以 key-value 的形式存,正合 sessionId-sessionData 的场景;且访问快。
  • 内存:直接放到变量里。一旦服务重启就没了
  • 数据库:普通数据库。性能不高。

「Session 的过期和销毁」很简单,只要把存储的 session 数据销毁就可以。「Session 的分布式问题」通常服务端是集群,而用户请求过来会走一次负载均衡,不一定打到哪台机器上。那一旦用户后续接口请求到的机器和他登录请求的机器不一致,或者登录请求的机器宕机了,session 不就失效了吗?这个问题现在有几种解决方式。

  • 一是从「存储」角度,把 session 集中存储。如果我们用独立的 Redis 或普通数据库,就可以把 session 都存到一个库里。
  • 二是从「分布」角度,让相同 IP 的请求在负载均衡时都打到同一台机器上。以 nginx 为例,可以配置 ip_hash 来实现。

但通常还是采用第一种方式,因为第二种相当于阉割了负载均衡,且仍没有解决「用户请求的机器宕机」的问题。「node.js 下的 session 处理」前面的图很清楚了,服务端要实现对 cookie 和 session 的存取,实现起来要做的事还是很多的。在npm中,已经有封装好的中间件,比如 express-session – npm,用法就不贴了。这是它种的 cookie:

图片[3]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

express-session – npm 主要实现了:

  • 封装了对cookie的读写操作,并提供配置项配置字段、加密方式、过期时间等。
  • 封装了对session的存取操作,并提供配置项配置session存储方式(内存/redis)、存储规则等。
  • 给req提供了session属性,控制属性的set/get并响应到cookie和session存取上,并给req.session提供了一些方法。

应用方案:token

session 的维护给服务端造成很大困扰,我们必须找地方存放它,又要考虑分布式的问题,甚至要单独为了它启用一套 Redis 集群。有没有更好的办法?

我又想到学校,在没有校园卡技术以前,我们都靠「学生证」。门卫小哥直接对照我和学生证上的脸,确认学生证有效期、年级等信息,就可以放行了。

回过头来想想,一个登录场景,也不必往 session 存太多东西,那为什么不直接打包到 cookie 中呢?这样服务端不用存了,每次只要核验 cookie 带的「证件」有效性就可以了,也可以携带一些轻量的信息。这种方式通常被叫做 token。

图片[4]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

token 的流程是这样的:

  • 用户登录,服务端校验账号密码,获得用户信息
  • 把用户信息、token 配置编码成 token,通过 cookie set 到浏览器
  • 此后用户请求业务接口,通过 cookie 携带 token
  • 接口校验 token 有效性,进行正常业务接口处理

「客户端 token 的存储方式」在前面 cookie 说过,cookie 并不是客户端存储凭证的唯一方式。token 因为它的「无状态性」,有效期、使用限制都包在 token 内容里,对 cookie 的管理能力依赖较小,客户端存起来就显得更自由。但 web 应用的主流方式仍是放在 cookie 里,毕竟少操心。「token 的过期」那我们如何控制 token 的有效期呢?很简单,把「过期时间」和数据一起塞进去,验证时判断就好。

token 的编码

编码的方式丰俭由人。「base64」比如 node 端的 cookie-session – npm 库

不要纠结名字,其实是个 token 库,但保持了和 express-session – npm 高度一致的用法,把要存的数据挂在 session 上

默认配置下,当我给他一个 userid,他会存成这样:

图片[5]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

这里的 eyJ1c2VyaWQiOiJhIn0=,就是 {"userid":"abb”} 的 base64 而已。「防篡改」

那问题来了,如果用户 cdd 拿{"userid":"abb”}转了个 base64,再手动修改了自己的 token 为 eyJ1c2VyaWQiOiJhIn0=,是不是就能直接访问到 abb 的数据了?

是的。所以看情况,如果 token 涉及到敏感权限,就要想办法避免 token 被篡改。解决方案就是给 token 加签名,来识别 token 是否被篡改过。例如在 cookie-session – npm 库中,增加两项配置:

secret: 'iAmSecret',signed: true, 

这样会多种一个 .sig cookie,里面的值就是 {"userid":"abb”} 和 iAmSecret通过加密算法计算出来的,常见的比如HMACSHA256 类 (System.Security.Cryptography) | Microsoft Docs。

图片[6]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

好了,现在 cdd 虽然能伪造出eyJ1c2VyaWQiOiJhIn0=,但伪造不出 sig 的内容,因为他不知道 secret。「JWT」但上面的做法额外增加了 cookie 数量,数据本身也没有规范的格式,所以 JSON Web Token Introduction – jwt.io 横空出世了。

JSON Web Token (JWT) 是一个开放标准,定义了一种传递 JSON 信息的方式。这些信息通过数字签名确保可信。

它是一种成熟的 token 字符串生成方案,包含了我们前面提到的数据、签名。不如直接看一下一个 JWT token 长什么样:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VyaWQiOiJhIiwiaWF0IjoxNTUxOTUxOTk4fQ.2jf3kl_uKWRkwjOP6uQRJFqMlwSABcgqqcJofFH5XCo 

这串东西是怎么生成的呢?看图:

图片[7]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

类型、加密算法的选项,以及 JWT 标准数据字段,可以参考 RFC 7519 – JSON Web Token (JWT)node 上同样有相关的库实现:express-jwt – npm koa-jwt – npm

refresh token

token,作为权限守护者,最重要的就是「安全」。业务接口用来鉴权的 token,我们称之为 access token。越是权限敏感的业务,我们越希望 access token 有效期足够短,以避免被盗用。但过短的有效期会造成 access token 经常过期,过期后怎么办呢?一种办法是,让用户重新登录获取新 token,显然不够友好,要知道有的 access token 过期时间可能只有几分钟。另外一种办法是,再来一个 token,一个专门生成 access token 的 token,我们称为 refresh token。

  • access token 用来访问业务接口,由于有效期足够短,盗用风险小,也可以使请求方式更宽松灵活
  • refresh token 用来获取 access token,有效期可以长一些,通过独立服务和严格的请求方式增加安全性;由于不常验证,也可以如前面的 session 一样处理

有了 refresh token 后,几种情况的请求流程变成这样:

图片[8]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

如果 refresh token 也过期了,就只能重新登录了。

session 和 token

session 和 token 都是边界很模糊的概念,就像前面说的,refresh token 也可能以 session 的形式组织维护。狭义上,我们通常认为 session 是「种在 cookie 上、数据存在服务端」的认证方案,token 是「客户端存哪都行、数据存在 token 里」的认证方案。对 session 和 token 的对比本质上是「客户端存 cookie / 存别地儿」、「服务端存数据 / 不存数据」的对比。「客户端存 cookie / 存别地儿」存 cookie 固然方便不操心,但问题也很明显:

  • 在浏览器端,可以用 cookie(实际上 token 就常用 cookie),但出了浏览器端,没有 cookie 怎么办?
  • cookie 是浏览器在域下自动携带的,这就容易引发 CSRF 攻击(前端安全系列(二):如何防止CSRF攻击?- 美团技术团队)

存别的地方,可以解决没有 cookie 的场景;通过参数等方式手动带,可以避免 CSRF 攻击。「服务端存数据 / 不存数据」

  • 存数据:请求只需携带 id,可以大幅缩短认证字符串长度,减小请求体积
  • 不存数据:不需要服务端整套的解决方案和分布式处理,降低硬件成本;避免查库带来的验证延迟

单点登录

前面我们已经知道了,在同域下的客户端/服务端认证系统中,通过客户端携带凭证,维持一段时间内的登录状态。但当我们业务线越来越多,就会有更多业务系统分散到不同域名下,就需要「一次登录,全线通用」的能力,叫做「单点登录」。

“虚假”的单点登录(主域名相同)

简单的,如果业务系统都在同一主域名下,比如wenku.baidu.com tieba.baidu.com,就好办了。可以直接把 cookie domain 设置为主域名 baidu.com,百度也就是这么干的。

图片[9]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

“真实”的单点登录(主域名不同)

比如滴滴这么潮的公司,同时拥有didichuxing.com xiaojukeji.com didiglobal.com等域名,种 cookie 是完全绕不开的。这要能实现「一次登录,全线通用」,才是真正的单点登录。这种场景下,我们需要独立的认证服务,通常被称为 SSO。「一次「从 A 系统引发登录,到 B 系统不用登录」的完整流程」

图片[10]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog
  • 用户进入 A 系统,没有登录凭证(ticket),A 系统给他跳到 SSO
  • SSO 没登录过,也就没有 sso 系统下没有凭证(注意这个和前面 A ticket 是两回事),输入账号密码登录
  • SSO 账号密码验证成功,通过接口返回做两件事:一是种下 sso 系统下凭证(记录用户在 SSO 登录状态);二是下发一个 ticket
  • 客户端拿到 ticket,保存起来,带着请求系统 A 接口
  • 系统 A 校验 ticket,成功后正常处理业务请求
  • 此时用户第一次进入系统 B,没有登录凭证(ticket),B 系统给他跳到 SSO
  • SSO 登录过,系统下有凭证,不用再次登录,只需要下发 ticket
  • 客户端拿到 ticket,保存起来,带着请求系统 B 接口

「完整版本:考虑浏览器的场景」上面的过程看起来没问题,实际上很多 APP 等端上这样就够了。但在浏览器下不见得好用。看这里:

图片[11]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

对浏览器来说,SSO 域下返回的数据要怎么存,才能在访问 A 的时候带上?浏览器对跨域有严格限制,cookie、localStorage 等方式都是有域限制的。这就需要也只能由 A 提供 A 域下存储凭证的能力。一般我们是这么做的:

图片[12]-前端鉴权必须了解的 5 个兄弟:cookie、session、token、jwt、单点登录-FancyPig's blog

图中我们通过颜色把浏览器当前所处的域名标记出来。注意图中灰底文字说明部分的变化。

  • 在 SSO 域下,SSO 不是通过接口把 ticket 直接返回,而是通过一个带 code 的 URL 重定向到系统 A 的接口上,这个接口通常在 A 向 SSO 注册时约定
  • 浏览器被重定向到 A 域下,带着 code 访问了 A 的 callback 接口,callback 接口通过 code 换取 ticket
  • 这个 code 不同于 ticket,code 是一次性的,暴露在 URL 中,只为了传一下换 ticket,换完就失效
  • callback 接口拿到 ticket 后,在自己的域下 set cookie 成功
  • 在后续请求中,只需要把 cookie 中的 ticket 解析出来,去 SSO 验证就好
  • 访问 B 系统也是一样

总结

  • HTTP 是无状态的,为了维持前后请求,需要前端存储标记
  • cookie 是一种完善的标记方式,通过 HTTP 头或 js 操作,有对应的安全策略,是大多数状态管理方案的基石
  • session 是一种状态管理方案,前端通过 cookie 存储 id,后端存储数据,但后端要处理分布式问题
  • token 是另一种状态管理方案,相比于 session 不需要后端存储,数据全部存在前端,解放后端,释放灵活性
  • token 的编码技术,通常基于 base64,或增加加密算法防篡改,jwt 是一种成熟的编码方案
  • 在复杂系统中,token 可通过 service token、refresh token 的分权,同时满足安全性和用户体验
  • session 和 token 的对比就是「用不用cookie」和「后端存不存」的对比
  • 单点登录要求不同域下的系统「一次登录,全线通用」,通常由独立的 SSO 系统记录登录状态、下发 ticket,各业务系统配合存储和认证 ticket

本文转自https://juejin.cn/post/6898630134530752520

© 版权声明
THE END
喜欢就支持一下吧
点赞33
分享
评论 共1条

请登录后发表评论