詳細了解Cookie Session Token

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。可是如果不保存這些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。基于這種無狀態和不存儲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。