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徹底理解 Cookie、Session、Token

  • 發展史
  • Cookie
  • Session
  • Token
  • Token的起源
    • 基於服務器的驗證
    • 基於服務器驗證方式暴露的一些問題
    • 基於Token的驗證原理
  • Tokens的優勢

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,作為服務器, 不需要記錄誰在某一段時間里都瀏覽了什麼文件,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,可是服務器就不嗨皮了,每個人只需要儲存自己的session id,而服務器要儲存所有人的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。

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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, 所有人都得重新登錄一遍, 估計得被人罵死。

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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、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), 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 essay-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密鑰, 對資料做一個簽名, 把這個簽名和資料一起作為token , 由於密鑰別人不知道, 就無法偽造token了。

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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 演算法和同樣的密鑰,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已經登錄過了,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, 我就告訴發送者:對不起,沒有認證。

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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, 我的機器集群現在可以輕鬆地做水平擴展, 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由服務器生成,發送給瀏覽器,瀏覽器把cookie以kv形式儲存到某個目錄下的文本檔案內,下一次請求同一網站時會把該cookie發送給服務器。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”,然後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。

服務器使用session把用戶的信息臨時儲存在了服務器上,用戶離開網站後session會被銷毀。這種用戶信息儲存方式相對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,那麼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領域基於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式中使用基於Token的身份驗證

  1. 無狀態、可擴展
  2. 支持移動設備
  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。

Token的起源

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。

基於服務器的驗證

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的登錄信息來辨別請求的。這種方式一般都是通過儲存Session來完成。

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。尤其是在可擴展性方面。

基於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儲存信息。當越來越多的用戶發請求時,記憶體的開銷也會不斷增加。
  2. **可擴展性:**在服務端的記憶體中使用Seesion儲存登錄信息,伴隨而來的是可擴展性問題。
  3. **CORS(跨域資源共享):**當我們需要讓資料跨多台移動設備上使用時,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,並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。

基於Token的驗證原理

基於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儲存信息時的許多問題

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

基於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. 程式驗證。
  3. 程式傳回一個簽名的token 給客戶端。
  4. 客戶端儲存token,並且每次用於每次發送請求。
  5. 服務端驗證token並傳回資料。

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:

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  1. 用戶登錄校驗,校驗成功後就傳回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到服務器端。
  4. 服務器端採用filter過濾器校驗。校驗成功則傳回請求資料,校驗失敗則傳回錯誤碼

當我們在程式中認證了信息並取得token之後,我們便能通過這個Token做許多的事情。

我們甚至能基於創建一個基於權限的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

在客戶端儲存的Tokens是無狀態的,並且能夠被擴展。基於這種無狀態和不儲存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儲存在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之後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儲存token,cookie也僅僅是一個儲存機制而不是用於認證。不將信息儲存在Session中,讓我們少了對session操作。

token是有時效的,一段時間之後用戶需要重新驗證。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能夠創建與其它程式共享權限的程式。例如,能將一個隨便的社交帳號和自己的大號(Fackbook或是Twitter)聯繫起來。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的資料流上(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式。當用戶想讓另一個應用程式訪問它們的資料,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),對應用程式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式。

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 essay-header configuration for our application.

只要用戶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: *

基於標準創建token的時候,你可以設定一些選項。我們在後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。

最近的程式和文件是供給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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