詳細(xì)了解Cookie Session Token

林琳

發(fā)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(wù)器，不需要記錄誰在某一段時(shí)間里都瀏覽了什么文檔。

每次請求都是一個(gè)新的HTTP協(xié)議，就是請求加響應(yīng)，尤其不用記住是誰剛剛發(fā)了HTTP請求，每個(gè)請求相對(duì)來說都是全新的。

2.但是隨著交互式Web應(yīng)用的興起，像在線購物網(wǎng)站和需要登錄的網(wǎng)站等就面臨一個(gè)問題，那就是要管理會(huì)話，必須記住哪些人登錄系統(tǒng)，哪些人往自己的購物車中放商品。

也就是說必須把每個(gè)人區(qū)分開，這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，因?yàn)镠TTP請求是無狀態(tài)的，所以想出的辦法就是給大家發(fā)一個(gè)會(huì)話標(biāo)識(shí)（Session ID）。

說白了就是一個(gè)隨機(jī)的字串，每個(gè)人收到的都不一樣，每次大家發(fā)起HTTP請求的時(shí)候，把這個(gè)字符串給一并捎過來，這樣就能區(qū)分開誰是誰了。

3.這樣大家很高興了，可是服務(wù)器就不高興了，每個(gè)人只需要保存自己的Session ID，而服務(wù)器要保存所有人的Session ID。如果訪問服務(wù)器多了，就得有成千上萬，甚至幾十萬個(gè)。這對(duì)服務(wù)器來說是一個(gè)巨大的開銷，嚴(yán)重限制了服務(wù)器擴(kuò)展能力。

比如用2個(gè)機(jī)器組成了一個(gè)集群，小F通過機(jī)器A登錄了系統(tǒng)，那Session ID會(huì)保存在機(jī)器A上，假設(shè)小F的下一次請求被轉(zhuǎn)發(fā)到機(jī)器B怎么辦？機(jī)器B沒有小F的Session ID。

這時(shí)候會(huì)采用一點(diǎn)小伎倆：Session sticky，就是讓小F的請求一直粘連在機(jī)器A上，但是這也不管用，要是機(jī)器A掛掉了，還得轉(zhuǎn)到機(jī)器B去。

那只好做Session的復(fù)制了，把Session ID在2個(gè)機(jī)器之間搬來搬去，非常累。

后來有個(gè)叫Memcached的支了招：把Session ID集中存儲(chǔ)到一個(gè)地方，所有的機(jī)器都來訪問這個(gè)地方的數(shù)據(jù)。

這樣一來，就不用復(fù)制了，但是增加了單點(diǎn)失敗的可能性，要是那個(gè)負(fù)責(zé)Session的機(jī)器掛了，所有人都得重新登錄一遍，估計(jì)得被人罵死。

后來嘗試把這個(gè)單點(diǎn)的機(jī)器也集群，增加可靠性，但不管如何，這小小的Session還是一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。

4.于是有人提出，為什么要保存這可惡的Session呢，只讓每個(gè)客戶端去保存該多好。可是如果不保存這些Session ID，怎么驗(yàn)證客戶端發(fā)出的Session ID的確是正確生成的呢？

如果不去驗(yàn)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(guān)鍵點(diǎn)就是驗(yàn)證。比如說，小F已經(jīng)登錄了系統(tǒng)，給他發(fā)一個(gè)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(shí)候，把這個(gè)token通過HTTP Header帶過來不就可以了。不過這和Session ID沒有本質(zhì)區(qū)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(duì)數(shù)據(jù)做一個(gè)簽名吧，比如說用HMAC-SHA256算法，加上一個(gè)只有我才知道的密鑰，對(duì)數(shù)據(jù)做一個(gè)簽名，把這個(gè)簽名和數(shù)據(jù)一起作為token，由于密鑰別人不知道，就無法偽造token了。

這個(gè)token不保存，當(dāng)小F把這個(gè)token發(fā)過來的時(shí)候，再用同樣的HMAC-SHA256算法和同樣的密鑰，對(duì)數(shù)據(jù)再計(jì)算一次簽名，和token中的簽名做個(gè)比較，如果相同，就知道小F已經(jīng)登錄過了，并且可以直接取到小F的user id，如果不相同，數(shù)據(jù)部分肯定被人篡改過，就告訴發(fā)送者：對(duì)不起，沒有認(rèn)證。

Token中的數(shù)據(jù)是明文保存的（雖然會(huì)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(dāng)然，如果一個(gè)人的token被別人偷走了，那也沒辦法，也會(huì)認(rèn)為小偷就是合法用戶，這其實(shí)和一個(gè)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(yàn)證token，用CPU計(jì)算時(shí)間獲取了我的Session存儲(chǔ)空間。解除了Session ID這個(gè)負(fù)擔(dān)，可以說是無事一身輕，機(jī)器集群現(xiàn)在可以輕松地做水平擴(kuò)展，用戶訪問量增大，直接加機(jī)器就行。這種無狀態(tài)的感覺實(shí)在是太好了。

Cookie

cookie是一個(gè)非常具體的東西，指的就是瀏覽器里面能永久存儲(chǔ)的一種數(shù)據(jù)，僅僅是瀏覽器實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。cookie由服務(wù)器生成，發(fā)送給瀏覽器，瀏覽器把cookie以kv形式保存到某個(gè)目錄下的文本文件內(nèi)，下一次請求同一網(wǎng)站時(shí)會(huì)把該cookie發(fā)送給服務(wù)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(huì)被惡意使用，同時(shí)不會(huì)占據(jù)太多磁盤空間，所以每個(gè)域的cookie數(shù)量是有限的。

Session

Session從字面上講，就是會(huì)話。這個(gè)就類似于正在和一個(gè)人交談，怎么知道當(dāng)前和你交談的是張三而不是李四呢？對(duì)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(wù)器要知道當(dāng)前發(fā)請求給自己的是誰。

為了做這種區(qū)分，服務(wù)器就要給每個(gè)客戶端分配不同的身份標(biāo)識(shí)，然后客戶端每次向服務(wù)器發(fā)請求的時(shí)候，都帶上這個(gè)身份標(biāo)識(shí)，服務(wù)器就知道這個(gè)請求來自于誰了。

至于客戶端怎么保存這個(gè)“身份標(biāo)識(shí)”，可以有很多種方式，對(duì)于瀏覽器客戶端，大家都默認(rèn)采用cookie的方式。

服務(wù)器使用Session把用戶的信息臨時(shí)保存在了服務(wù)器上，用戶離開網(wǎng)站后Session會(huì)被銷毀。

這種用戶信息存儲(chǔ)方式相對(duì)cookie來說更安全，可是Session有一個(gè)缺陷：如果Web服務(wù)器做了負(fù)載均衡，那么下一個(gè)操作請求到了另一臺(tái)服務(wù)器的時(shí)候Session就會(huì)丟失。

Token

在Web領(lǐng)域基于Token的身份驗(yàn)證隨處可見。在大多數(shù)使用Web API的互聯(lián)網(wǎng)公司中，token是多用戶下處理認(rèn)證的最佳方式。

以下特性會(huì)在程序中使用基于Token的身份驗(yàn)證：

1.無狀態(tài)、可擴(kuò)展

2.支持移動(dòng)設(shè)備

3.跨程序調(diào)用

4.安全

大部分的API和Web應(yīng)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(yàn)證的原理與優(yōu)勢之前，不妨先看看之前的認(rèn)證都是怎么做的。

基于服務(wù)器的驗(yàn)證

HTTP協(xié)議是無狀態(tài)的，這種無狀態(tài)意味著程序需要驗(yàn)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(wù)端存儲(chǔ)的登錄信息來辨別請求的。這種方式一般都是通過存儲(chǔ)Session來完成。隨著Web應(yīng)用程序移動(dòng)端的興起，這種驗(yàn)證的方式逐漸暴露出了問題，尤其是在可擴(kuò)展性方面。

基于服務(wù)器驗(yàn)證方式暴露的一些問題

1. Seesion：每次認(rèn)證用戶發(fā)起請求時(shí)，服務(wù)器需要去創(chuàng)建一個(gè)記錄來存儲(chǔ)信息。當(dāng)越來越多的用戶發(fā)請求時(shí)，內(nèi)存的開銷也會(huì)不斷增加。

2.可擴(kuò)展性：在服務(wù)端的內(nèi)存中使用Seesion存儲(chǔ)登錄信息，伴隨而來的是可擴(kuò)展性問題。

3.跨域資源共享（CORS）：當(dāng)需要讓數(shù)據(jù)跨多臺(tái)移動(dòng)設(shè)備使用時(shí)，跨域資源的共享會(huì)是一個(gè)讓人頭疼的問題。在使用Ajax抓取另一個(gè)域的資源，就可能會(huì)出現(xiàn)禁止請求的情況。

4.跨站請求偽造（CSRF）：用戶在訪問銀行網(wǎng)站時(shí)，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(wǎng)站。

在這些問題中，可擴(kuò)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(yàn)證原理

基于Token的身份驗(yàn)證是無狀態(tài)的，不將用戶信息存在服務(wù)器或Session中，這種概念解決了在服務(wù)端存儲(chǔ)信息時(shí)的許多問題。

NoSession意味著程序可以根據(jù)需要去增減機(jī)器，而不用擔(dān)心用戶是否登錄。

基于Token的身份驗(yàn)證的過程如下：

1.用戶通過用戶名和密碼發(fā)送請求

2.程序驗(yàn)證

3.程序返回一個(gè)簽名的token給客戶端

4.客戶端儲(chǔ)存token，并且每次用于每次發(fā)送請求

5.服務(wù)端驗(yàn)證token并返回?cái)?shù)據(jù)

每一次請求都需要token。token應(yīng)該在HTTP的頭部發(fā)送從而保證了HTTP請求無狀態(tài)。

通過設(shè)置服務(wù)器屬性Access-Control-Allow-Origin：*，讓服務(wù)器能接受到來自所有域的請求。

需要注意的是，在ACAO頭部標(biāo)明（designating）*時(shí)，不得帶有像HTTP認(rèn)證，客戶端SSL證書和cookie的證書。

實(shí)現(xiàn)思路：

1.用戶登錄校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后就返回token給客戶端

2.客戶端收到數(shù)據(jù)后保存在客戶端

3.客戶端每次訪問API是攜帶token到服務(wù)器端

4.服務(wù)器端采用filter過濾器校驗(yàn)。校驗(yàn)成功則返回請求數(shù)據(jù)，校驗(yàn)失敗則返回錯(cuò)誤碼。當(dāng)在程序中認(rèn)證了信息并取得token之后，便能通過這個(gè)token做許多的事情。

甚至能創(chuàng)建一個(gè)基于權(quán)限的token傳給第三方應(yīng)用程序，這些第三方程序能夠獲取到我們的數(shù)據(jù)（當(dāng)然只有在我們允許的特定的token）。

Tokens的優(yōu)勢

無狀態(tài)、可擴(kuò)展

在客戶端存儲(chǔ)的Tokens是無狀態(tài)的，并且能夠被擴(kuò)展。基于這種無狀態(tài)和不存儲(chǔ)Session信息，負(fù)載均衡器能夠?qū)⒂脩粜畔囊粋€(gè)服務(wù)器傳到其他服務(wù)器上。

如果將已驗(yàn)證的用戶信息保存在Session中，則每次請求都需要用戶向已驗(yàn)證的服務(wù)器發(fā)送驗(yàn)證信息

但是不要著急。使用token之后這些問題都會(huì)迎刃而解，因?yàn)閠okens自己hold住了用戶的驗(yàn)證信息。

安全性

請求中發(fā)送token而不再是發(fā)送cookie能夠防止（跨站請求偽造（CSRF）。

即使在客戶端使用cookie存儲(chǔ)token，cookie也僅是一個(gè)存儲(chǔ)機(jī)制而不是用于認(rèn)證。不將信息存儲(chǔ)在Session中，讓我們少了對(duì)session操作。

token是有時(shí)效的，一段時(shí)間之后用戶需要重新驗(yàn)證。我們也不一定需要等到token自動(dòng)失效，token有撤回的操作，通過to- ken revocataion可以使一個(gè)特定的token或是一組有相同認(rèn)證的token無效。

可擴(kuò)展性

Tokens能夠創(chuàng)建與其它程序共享權(quán)限的程序。例如，能將一個(gè)隨便的社交帳號(hào)和自己的Fackbook或Twitter聯(lián)系起來。

當(dāng)通過服務(wù)登錄Twitter（我們將這個(gè)過程稱作Buffer）時(shí)，可以將這些Buffer附到Twitter的數(shù)據(jù)流上。

使用token時(shí)，可以提供可選的權(quán)限給第三方應(yīng)用程序。當(dāng)用戶想讓另一個(gè)應(yīng)用程序訪問它們的數(shù)據(jù)，可以通過建立自己的API，產(chǎn)生特殊權(quán)限的tokens。

多平臺(tái)跨域

再來談?wù)撘幌驴缬蛸Y源共享（CORS），對(duì)應(yīng)用程序和服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展的時(shí)候，需要介入各種各種的設(shè)備和應(yīng)用程序。

只要用戶有一個(gè)通過了驗(yàn)證的token，數(shù)據(jù)和資源就能夠在任何域上被請求到。