林琳
發展史
1.很久很久以前,Web基本上就是文檔的瀏覽而已,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么文檔。
每次請求都是一個新的HTTP協議,就是請求加響應,尤其不用記住是誰剛剛發了HTTP請求,每個請求相對來說都是全新的。
2.但是隨著交互式Web應用的興起,像在線購物網站和需要登錄的網站等就面臨一個問題,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。
也就是說必須把每個人區分開,這是一個不小的挑戰,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,每次大家發起HTTP請求的時候,把這個字符串給一并捎過來,這樣就能區分開誰是誰了。
3.這樣大家很高興了,可是服務器就不高興了,每個人只需要保存自己的Session ID,而服務器要保存所有人的Session ID。如果訪問服務器多了,就得有成千上萬,甚至幾十萬個。這對服務器來說是一個巨大的開銷,嚴重限制了服務器擴展能力。
比如用2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會保存在機器A上,假設小F的下一次請求被轉發到機器B怎么辦?機器B沒有小F的Session ID。
這時候會采用一點小伎倆: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。
那只好做Session的復制了,把Session ID在2個機器之間搬來搬去,非常累。
后來有個叫Memcached的支了招:把Session ID集中存儲到一個地方,所有的機器都來訪問這個地方的數據。
這樣一來,就不用復制了,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。
后來嘗試把這個單點的機器也集群,增加可靠性,但不管如何,這小小的Session還是一個沉重的負擔。
4.于是有人提出,為什么要保存這可惡的Session呢,只讓每個客戶端去保存該多好??墒侨绻槐4孢@些Session ID,怎么驗證客戶端發出的Session ID的確是正確生成的呢?
如果不去驗證,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。
關鍵點就是驗證。比如說,小F已經登錄了系統,給他發一個令牌(token),里邊包含了小F的user id,下一次小F再次通過HTTP請求訪問的時候,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,任何人都可以偽造,所以得想辦法,讓別人偽造不了。
那就對數據做一個簽名吧,比如說用HMAC-SHA256算法,加上一個只有我才知道的密鑰,對數據做一個簽名,把這個簽名和數據一起作為token,由于密鑰別人不知道,就無法偽造token了。
這個token不保存,當小F把這個token發過來的時候,再用同樣的HMAC-SHA256算法和同樣的密鑰,對數據再計算一次簽名,和token中的簽名做個比較,如果相同,就知道小F已經登錄過了,并且可以直接取到小F的user id,如果不相同,數據部分肯定被人篡改過,就告訴發送者:對不起,沒有認證。
Token中的數據是明文保存的(雖然會用Base64做下編碼,但那不是加密),還是可以被別人看到的,所以不能在其中保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,那也沒辦法,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,就不用保存Session ID了,只是生成token,然后驗證token,用CPU計算時間獲取了我的Session存儲空間。解除了Session ID這個負擔,可以說是無事一身輕,機器集群現在可以輕松地做水平擴展,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,指的就是瀏覽器里面能永久存儲的一種數據,僅僅是瀏覽器實現的一種數據存儲功能。cookie由服務器生成,發送給瀏覽器,瀏覽器把cookie以kv形式保存到某個目錄下的文本文件內,下一次請求同一網站時會把該cookie發送給服務器。
由于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。這個就類似于正在和一個人交談,怎么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,然后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于誰了。
至于客戶端怎么保存這個“身份標識”,可以有很多種方式,對于瀏覽器客戶端,大家都默認采用cookie的方式。
服務器使用Session把用戶的信息臨時保存在了服務器上,用戶離開網站后Session會被銷毀。
這種用戶信息存儲方式相對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,那么下一個操作請求到了另一臺服務器的時候Session就會丟失。
Token
在Web領域基于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,token是多用戶下處理認證的最佳方式。
以下特性會在程序中使用基于Token的身份驗證:
1.無狀態、可擴展
2.支持移動設備
3.跨程序調用
4.安全
大部分的API和Web應用都使用token。例如Facebook,Twitter,Google+,GitHub等。
Token的起源
在介紹基于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么做的。
基于服務器的驗證
HTTP協議是無狀態的,這種無狀態意味著程序需要驗證每一次請求,從而辨別客戶端的身份。
在這之前,程序都是通過在服務端存儲的登錄信息來辨別請求的。這種方式一般都是通過存儲Session來完成。隨著Web應用程序移動端的興起,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。
基于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存儲信息。當越來越多的用戶發請求時,內存的開銷也會不斷增加。
2.可擴展性:在服務端的內存中使用Seesion存儲登錄信息,伴隨而來的是可擴展性問題。
3.跨域資源共享(CORS):當需要讓數據跨多臺移動設備使用時,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,就可能會出現禁止請求的情況。
4.跨站請求偽造(CSRF):用戶在訪問銀行網站時,很容易受到跨站請求偽造的攻擊,并且容易被利用訪問其他的網站。
在這些問題中,可擴展性是最突出的,因此有必要去尋求一種更有行之有效的方法。
基于Token的驗證原理
基于Token的身份驗證是無狀態的,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存儲信息時的許多問題。
NoSession意味著程序可以根據需要去增減機器,而不用擔心用戶是否登錄。
基于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.程序驗證
3.程序返回一個簽名的token給客戶端
4.客戶端儲存token,并且每次用于每次發送請求
5.服務端驗證token并返回數據
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。
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。
需要注意的是,在ACAO頭部標明(designating)*時,不得帶有像HTTP認證,客戶端SSL證書和cookie的證書。
實現思路:
1.用戶登錄校驗,校驗成功后就返回token給客戶端
2.客戶端收到數據后保存在客戶端
3.客戶端每次訪問API是攜帶token到服務器端
4.服務器端采用filter過濾器校驗。校驗成功則返回請求數據,校驗失敗則返回錯誤碼。當在程序中認證了信息并取得token之后,便能通過這個token做許多的事情。
甚至能創建一個基于權限的token傳給第三方應用程序,這些第三方程序能夠獲取到我們的數據(當然只有在我們允許的特定的token)。
Tokens的優勢
無狀態、可擴展
在客戶端存儲的Tokens是無狀態的,并且能夠被擴展?;谶@種無狀態和不存儲Session信息,負載均衡器能夠將用戶信息從一個服務器傳到其他服務器上。
如果將已驗證的用戶信息保存在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
但是不要著急。使用token之后這些問題都會迎刃而解,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(跨站請求偽造(CSRF)。
即使在客戶端使用cookie存儲token,cookie也僅是一個存儲機制而不是用于認證。不將信息存儲在Session中,讓我們少了對session操作。
token是有時效的,一段時間之后用戶需要重新驗證。我們也不一定需要等到token自動失效,token有撤回的操作,通過to- ken 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能夠創建與其它程序共享權限的程序。例如,能將一個隨便的社交帳號和自己的Fackbook或Twitter聯系起來。
當通過服務登錄Twitter(我們將這個過程稱作Buffer)時,可以將這些Buffer附到Twitter的數據流上。
使用token時,可以提供可選的權限給第三方應用程序。當用戶想讓另一個應用程序訪問它們的數據,可以通過建立自己的API,產生特殊權限的tokens。
多平臺跨域
再來談論一下跨域資源共享(CORS),對應用程序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序。
只要用戶有一個通過了驗證的token,數據和資源就能夠在任何域上被請求到。