現(xiàn)代Web認(rèn)證與安全管理：深入理解Cookie、Session與Token

Cookie

Cookie最主要的作用就是用于會(huì)話管理，當(dāng)用戶登錄一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，服務(wù)器會(huì)生成一個(gè)包含會(huì)話ID的Cookie并發(fā)送給瀏覽器，瀏覽器將這個(gè)Cookie保存在本地。此后，每次用戶發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，瀏覽器都會(huì)自動(dòng)將這個(gè)Cookie發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)會(huì)話ID識(shí)別用戶身份，從而保持用戶的登錄狀態(tài)。Cookie除了用于會(huì)話管理，還可以在指客戶端持久存儲(chǔ)，一般使用kv形式保存。

cookie屬性

可以看一下瀏覽器持久化存儲(chǔ)的cookie內(nèi)容：

Session

當(dāng)客戶端第一次訪問(wèn)服務(wù)器的時(shí)候，此時(shí)客戶端的請(qǐng)求中不攜帶任何標(biāo)識(shí)給服務(wù)器，此時(shí)服務(wù)器會(huì)新建session標(biāo)識(shí)，當(dāng)服務(wù)器進(jìn)行響應(yīng)的時(shí)候，服務(wù)器會(huì)將session標(biāo)識(shí)放到http響應(yīng)頭的Set-Cookie中，以key-value的形式返回給客戶端，例：

SESSIONID=xxx；

客戶在下次訪問(wèn)服務(wù)端的時(shí)候，將sessionid帶上，服務(wù)端根據(jù)sessionid從本地內(nèi)存獲取客戶會(huì)話信息。

由于會(huì)有越來(lái)越多的用戶訪問(wèn)服務(wù)器，因此服務(wù)端的Session也會(huì)越來(lái)越多。為防止內(nèi)存溢出，服務(wù)器會(huì)把長(zhǎng)時(shí)間（默認(rèn)30分鐘）沒(méi)有活躍的Session從內(nèi)存刪除。如果超過(guò)了超時(shí)時(shí)間沒(méi)訪問(wèn)過(guò)服務(wù)器，Session就自動(dòng)失效了，需要重新登錄。

分布式session

SESSIONID僅存儲(chǔ)在單機(jī)服務(wù)器會(huì)有單點(diǎn)問(wèn)題，一般解決Session在多個(gè)服務(wù)器之間的共享問(wèn)題有幾種方法：

1、Sesson Replication

也就是每臺(tái)Web服務(wù)器都保存所有用戶的Session數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷大，性能低。

2、Sesson Sticky

基于Nginx的sticky模塊，即讓前置負(fù)載均衡器根據(jù)每次請(qǐng)求的ip/cookie來(lái)進(jìn)行請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)，保證一個(gè)會(huì)話中的每次請(qǐng)求都能落到同一臺(tái)服務(wù)器上面。

缺陷：如果某臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)，那么它上面存儲(chǔ)的Session數(shù)據(jù)就丟失了，用戶就需要重新進(jìn)行登陸。

負(fù)載均衡器變?yōu)橐粋€(gè)有狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗枰４鍿ession到具體服務(wù)器的映射，和之前無(wú)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)相比，內(nèi)存消耗會(huì)更大，容災(zāi)方面會(huì)更麻煩。

3、Sesson數(shù)據(jù)集群存儲(chǔ)

集中存到外部緩存如Redis中，一般大型系統(tǒng)都會(huì)單獨(dú)部署redis緩存集群。

Session和cookie一樣都有可能遭到跨站請(qǐng)求偽造（CSRF）攻擊，一般可以使用token解決，對(duì)于敏感操作可以雙重驗(yàn)證，如用戶登陸和資金轉(zhuǎn)賬使用獨(dú)立密碼。

Token

Token是身份驗(yàn)證和授權(quán)令牌，具有無(wú)狀態(tài)性、跨域支持、安全性等優(yōu)點(diǎn)，但需注意安全傳輸、失效管理等問(wèn)題。Token安全策略包括使用HTTPS、加密存儲(chǔ)、設(shè)置過(guò)期時(shí)間等。

常用的jwt?token分為三部分：

1、header：指定簽名算法和令牌類型。

2、payload：也是一個(gè)JSON對(duì)象，用于存放需要傳遞的數(shù)據(jù)，例如用戶的信息uid、權(quán)限等，一般還會(huì)攜帶時(shí)間戳，用于防止重放攻擊。

JWT推薦了payload中的7個(gè)可選官方字段：iss (簽發(fā)人), exp (過(guò)期時(shí)間), ?aud (接收方)等，另外也可以自己協(xié)商私有字段。

3、Signature：簽名，server根據(jù)header獲取簽名算法，再用公鑰根據(jù)此簽名算法對(duì)head+payload 生成簽名，這樣一個(gè)token就生成了。

客戶端使用token執(zhí)行會(huì)話流程

1、用戶使用用戶名和密碼進(jìn)行登錄，系統(tǒng)驗(yàn)證用戶身份成功后，生成一個(gè)Token并返回給客戶端。

2、客戶端將Token保存在本地，通常是存儲(chǔ)在Cookie或LocalStorage中，在每次發(fā)送請(qǐng)求時(shí)在請(qǐng)求頭帶上token。

3、服務(wù)端驗(yàn)證token，通過(guò)后執(zhí)行業(yè)務(wù)操作。

4、如果token非法，返回401給客戶端，客戶端需要執(zhí)行登錄操作。

服務(wù)端如何驗(yàn)證token

這里就要考慮token如何生成。Token既可以使用對(duì)稱加密也可以使用非對(duì)稱加密（JWT）生成。對(duì)稱加密中Token 中通常只有 userId 和 timestamp，客戶端無(wú)法解密token也無(wú)法往里面添加內(nèi)容。非對(duì)稱加密中客戶端可以使用公鑰解密token獲取用戶信息，也可以使用公鑰打包添加額外信息。

為了安全起見(jiàn)，防止token被攻擊者盜用，token 的有效期不會(huì)設(shè)置的太長(zhǎng)，這樣就會(huì)由于 token過(guò)期導(dǎo)致用戶需要重新登錄從而生成新的token。服務(wù)端驗(yàn)證token過(guò)期會(huì)返回401，前端重定向到登錄頁(yè)面。如何才能做到不需要用戶去頻繁的登錄呢，有下面兩種形式。

1、單token方案

2、雙token方案，Refresh Token機(jī)制

Oauth2認(rèn)證規(guī)范中把之前的那個(gè)Token稱為Access Token，業(yè)務(wù)方用這個(gè) Access Token進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)。而Refresh Token是專門用來(lái)在Access Token過(guò)期后重新獲取新的Access Token的Token。

Refresh Token的過(guò)期時(shí)間一般設(shè)置長(zhǎng)一點(diǎn)

比如一天，Access Token的過(guò)期時(shí)間設(shè)置短一點(diǎn)比如30分鐘，這樣可以縮短Access Token的過(guò)期時(shí)間保證安全，同時(shí)又不會(huì)因?yàn)轭l繁過(guò)期重新要求用戶登錄。

Access Token每次訪問(wèn)都要攜帶，因此更容易被盜??；Refresh Token被盜的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)小于Access Token。

Token失效與管理

Token是由客戶端保存的，一旦服務(wù)器生成，它就一直有效，直到過(guò)期。換句話說(shuō)，服務(wù)器無(wú)法主動(dòng)讓一個(gè)Token失效，除非將Token放入“黑名單”中，這樣每次驗(yàn)證Token時(shí)都需要先檢查這個(gè)黑名單。如果Token在黑名單里，就會(huì)被認(rèn)為無(wú)效。但問(wèn)題是，黑名單必須保存在服務(wù)器端，這意味著如果要支持服務(wù)器隨時(shí)“踢掉”用戶，就相當(dāng)于將服務(wù)變成了“有狀態(tài)”的管理，類似于Session模式。

所以，一般情況下，當(dāng)客戶端登出時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法是直接刪除本地存儲(chǔ)的Token，用戶下次登錄時(shí)，服務(wù)器會(huì)重新生成一個(gè)新的Token。

對(duì)于大規(guī)模用戶的系統(tǒng)，通常會(huì)部署獨(dú)立的認(rèn)證系統(tǒng)，并使用如Redis集群這種方式來(lái)存儲(chǔ)Session，這樣就能更方便地管理Token的過(guò)期和刷新問(wèn)題。

通常，Token是存放在HTTP請(qǐng)求頭中的Authorization字段，而不是放在Cookie里。這樣做的主要原因是為了解決跨域請(qǐng)求時(shí)無(wú)法共享Cookie的問(wèn)題。對(duì)于跨域問(wèn)題，通常需要在服務(wù)器端配置允許來(lái)自所有域的請(qǐng)求，這可以通過(guò)設(shè)置Access-Control-Allow-Origin: *來(lái)實(shí)現(xiàn)。

基于token可以實(shí)現(xiàn)SSO單點(diǎn)登錄，只需要各個(gè)服務(wù)器都使用同一個(gè)密鑰對(duì)token進(jìn)行加密解密即可。