深度理解token

一、token是什麼？

token是一種用戶標識，表示用戶身份，相似於咱們的身份證件。
Token 是在服務端產生的。若是前端使用用戶名/密碼向服務端請求認證，服務端認證成功，那麼在服務端會返回 Token 給前端。前端能夠在每次請求的時候帶上 Token 證實本身的合法地位。若是這個 Token 在服務端持久化（好比存入數據庫），那它就是一個永久的身份令牌。

二、爲何要使用token？

先來了解一下token認證與session認證的區別：
a) Session認證Session認證的方案爲：第一次用戶認證請求經過時，服務器端存儲用戶的登陸信息，而後在響應時傳遞給瀏覽器，瀏覽器保存爲cookie，下次請求時把cookie發送給服務器，服務器根據cookie信息來識別是哪一個用戶。Session認證適用於單個服務器的場合，若是用戶增多，須要部署多個服務器時，Session認證就會暴露問題。由於每一個用戶在認證後，服務器都會記錄Session，通常保存在內存中，隨着認證用戶增多，服務器開銷也會增大；並且認證用戶的後續請求都須要到這臺保存了本身Session的服務器上驗證Cookie。在多集羣分佈式的場合，這就形成了性能瓶頸，對負載均衡、應用的擴展都會形成影響。（不能多服務共享）進程外Session經過將Session保存在數據庫或硬盤中能夠解決服務器內存開銷的問題，但仍然不便於擴展。

b) Token認證Token認證也是無狀態的，不須要在服務端保存認證用戶的信息，它的認證流程爲：用戶使用用戶名密碼請求服務器；服務器驗證用戶，若是驗證經過就發給用戶一個token；客戶端保存token，並在以後的每次請求都附上token；服務端驗證token、返回數據。Token認證機制不須要保存認證用戶的信息、也不須要考錄用戶在那臺服務器登陸，能夠很好地適應應用的擴展（能夠多服務共享）。token的體積很小，請求服務端時，能夠被附在URL、Header或是Post參數中。並且token中包含了用戶相關的必要、非私密的相信，免去了服務端再次查詢數據庫的開銷
另外，token認證能解決如下問題：

• Token 徹底由應用管理，因此它能夠避開同源策略
• Token 能夠避免 CSRF 攻擊
• Token 能夠是無狀態的，能夠在多個服務間共享

如今詳細說明如下roken爲何可以避免CSRF攻擊呢？CSRF攻擊又是什麼意思？

2.一、CSRF攻擊

CSRF（Cross-site request forgery）也被稱爲 one-click attack或者 session riding，中文全稱是叫跨站請求僞造。通常來講，攻擊者經過僞造用戶的瀏覽器的請求，向訪問一個用戶本身曾經認證訪問過的網站發送出去，使目標網站接收並誤覺得是用戶的真實操做而去執行命令。經常使用於盜取帳號、轉帳、發送虛假消息等。攻擊者利用網站對請求的驗證漏洞而實現這樣的攻擊行爲，網站可以確認請求來源於用戶的瀏覽器，卻不能驗證請求是否源於用戶的真實意願下的操做行爲。

2.二、token如何避免CSRF攻擊

CSRF 攻擊之因此可以成功，是由於黑客能夠徹底僞造用戶的請求，該請求中全部的用戶驗證信息都是存在於 cookie 中，所以黑客能夠在不知道這些驗證信息的狀況下直接利用用戶本身的 cookie 來經過安全驗證。要抵禦 CSRF，關鍵在於在請求中放入黑客所不能僞造的信息，而且該信息不存在於 cookie 之中。能夠在 HTTP 請求中以參數的形式加入一個隨機產生的 token，並在服務器端創建一個攔截器來驗證這個 token，若是請求中沒有 token 或者 token 內容不正確，則認爲多是 CSRF 攻擊而拒絕該請求。

三、使用JWT生成和驗證token

如下代碼僅僅用於示意，並非完整版。

3.一、採用HS256算法生成和驗證

後臺生成token：

const jwt = require('jsonwebtoken')
const fs = require('fs')

// Token 數據
const payload = {
  name: 'wanghao',
  admin: true
}

/**
 * HS256
 * 用 HS256 算法生成與驗證 JWT
 */

// 密鑰
const secret = 'ILOVENINGHAO'

// 簽發 Token
const token = jwt.sign(payload, secret, { expiresIn: '1day' })

// 輸出簽發的 Token
console.log('HS256 算法：', token)

攔截器驗證：

// 驗證 Token
jwt.verify(token, secret, (error, decoded) => {
  if (error) {
    console.log(error.message)
    return
  }
  console.log(decoded)//輸出解碼後的數據
})

3.二、採用RS256算法生成和驗證

後臺生成：

/**
 * RS256
 * 用 RS256 算法生成與驗證 JWT
 * ssh-keygen -t rsa -b 2048 -f private.key//生成私鑰
 * openssl rsa -in private.key -pubout -outform PEM -out public.key//生成公鑰
 */

// 獲取簽發 JWT 時須要用的密鑰
const privateKey = fs.readFileSync('./config/private.key')
// 簽發 Token
const tokenRS256 = jwt.sign(payload, privateKey, { algorithm: 'RS256' })

// 輸出簽發的 Token
console.log('RS256 算法：', tokenRS256)

// 獲取驗證 JWT 時須要用的公鑰
const publicKey = fs.readFileSync('./config/public.key')

攔截器驗證：

// 驗證 Token
jwt.verify(tokenRS256, publicKey, (error, decoded) => {
  if (error) {
    console.log(error.message)
    return
  }
  console.log(decoded)
})

四、token進階

須要設置有效期嗎？

對於這個問題，咱們不妨先看兩個例子。一個例子是登陸密碼，通常要求按期改變密碼，以防止泄漏，因此密碼是有有效期的；另外一個例子是安全證書。SSL 安全證書都有有效期，目的是爲了解決吊銷的問題，對於這個問題的詳細狀況，來看看知乎的回答(http://dwz.cn/7joMhq)。因此不管是從安全的角度考慮，仍是從吊銷的角度考慮，Token 都須要設有效期。

那麼有效期多長合適呢？

只能說，根據系統的安全須要，儘量的短，但也不能短得離譜——想像一下手機的自動熄屏時間，若是設置爲 10 秒鐘無操做自動熄屏，再次點亮須要輸入密碼，會不會瘋？若是你以爲不會，那就親自試一試，設置成能夠設置的最短期，堅持一週就好（不排除有人適應這個時間，畢竟手機廠商也是有用戶體驗研究的）。

而後新問題產生了，若是用戶在正常操做的過程當中，Token 過時失效了，要求用戶從新登陸……用戶體驗豈不是很糟糕？

爲了解決在操做過程不能讓用戶感到 Token 失效這個問題，有一種方案是在服務器端保存 Token 狀態，用戶每次操做都會自動刷新（推遲） Token 的過時時間——Session 就是採用這種策略來保持用戶登陸狀態的。然而仍然存在這樣一個問題，在先後端分離、單頁 App 這些狀況下，每秒種可能發起不少次請求，每次都去刷新過時時間會產生很是大的代價。若是 Token 的過時時間被持久化到數據庫或文件，代價就更大了。因此一般爲了提高效率，減小消耗，會把 Token 的過時時保存在緩存或者內存中。

還有另外一種方案，使用 Refresh Token，它能夠避免頻繁的讀寫操做。這種方案中，服務端不須要刷新 Token 的過時時間，一旦 Token 過時，就反饋給前端，前端使用 Refresh Token 申請一個全新 Token 繼續使用。這種方案中，服務端只須要在客戶端請求更新 Token 的時候對 Refresh Token 的有效性進行一次檢查，大大減小了更新有效期的操做，也就避免了頻繁讀寫。固然 Refresh Token 也是有有效期的，可是這個有效期就能夠長一點了，好比，以天爲單位的時間。

時序圖表示

使用 Token 和 Refresh Token 的時序圖以下：

1）登陸

2）業務請求

3）Token 過時，刷新 Token

上面的時序圖中並未提到 Refresh Token 過時怎麼辦。不過很顯然，Refresh Token 既然已通過期，就該要求用戶從新登陸了。

固然還能夠把這個機制設計得更復雜一些，好比，Refresh Token 每次使用的時候，都更新它的過時時間，直到與它的建立時間相比，已經超過了很是長的一段時間（好比三個月），這等因而在至關長一段時間內容許 Refresh Token 自動續期。

到目前爲止，Token 都是有狀態的，即在服務端須要保存並記錄相關屬性。那說好的無狀態呢，怎麼實現？

無狀態 Token

若是咱們把全部狀態信息都附加在 Token 上，服務器就能夠不保存。可是服務端仍然須要認證 Token 有效。不過只要服務端能確認是本身簽發的 Token，並且其信息未被改動過，那就能夠認爲 Token 有效——「簽名」能夠做此保證。平時常說的簽名都存在一方簽發，另外一方驗證的狀況，因此要使用非對稱加密算法。可是在這裏，簽發和驗證都是同一方，因此對稱加密算法就能達到要求，而對稱算法比非對稱算法要快得多（可達數十倍差距）。

更進一步思考，對稱加密算法除了加密，還帶有還原加密內容的功能，而這一功能在對 Token 簽名時並沒有必要——既然不須要解密，摘要（散列）算法就會更快。能夠指定密碼的散列算法，天然是 HMAC。

上面說了這麼多，還須要本身去實現嗎？不用！JWT 已經定義了詳細的規範，並且有各類語言的若干實現。

不過在使用無狀態 Token 的時候在服務端會有一些變化，服務端雖然不保存有效的 Token 了，卻須要保存未到期卻已註銷的 Token。若是一個 Token 未到期就被用戶主動註銷，那麼服務器須要保存這個被註銷的 Token，以便下次收到使用這個仍在有效期內的 Token 時判其無效。有沒有感到一點沮喪？

在前端可控的狀況下（好比前端和服務端在同一個項目組內），能夠協商：前端一但註銷成功，就丟掉本地保存（好比保存在內存、LocalStorage 等）的 Token 和 Refresh Token。基於這樣的約定，服務器就能夠假設收到的 Token 必定是沒註銷的（由於註銷以後前端就不會再使用了）。

若是前端不可控的狀況，仍然能夠進行上面的假設，可是這種狀況下，須要儘可能縮短 Token 的有效期，並且必須在用戶主動註銷的狀況下讓 Refresh Token 無效。這個操做存在必定的安全漏洞，由於用戶會認爲已經註銷了，實際上在較短的一段時間內並無註銷。若是應用設計中，這點漏洞並不會形成什麼損失，那採用這種策略就是可行的。

在使用無狀態 Token 的時候，有兩點須要注意：

Refresh Token 有效時間較長，因此它應該在服務器端有狀態，以加強安全性，確保用戶註銷時可控

應該考慮使用二次認證來加強敏感操做的安全性

到此，關於 Token 的話題彷佛差很少了——然而並無，上面說的只是認證服務和業務服務集成在一塊兒的狀況，若是是分離的狀況呢？

分離認證服務

當 Token 無狀態以後，單點登陸就變得容易了。前端拿到一個有效的 Token，它就能夠在任何同一體系的服務上認證經過——只要它們使用一樣的密鑰和算法來認證 Token 的有效性。就樣這樣：

固然，若是 Token 過時了，前端仍然須要去認證服務更新 Token：

可見，雖然認證和業務分離了，實際即並沒產生多大的差別。固然，這是創建在認證服務器信任業務服務器的前提下，由於認證服務器產生 Token 的密鑰和業務服務器認證 Token 的密鑰和算法相同。換句話說，業務服務器一樣能夠建立有效的 Token。

若是業務服務器不能被信任，該怎麼辦？

不受信的業務服務器

遇到不受信的業務服務器時，很容易想到的辦法是使用不一樣的密鑰。認證服務器使用密鑰1簽發，業務服務器使用密鑰2驗證——這是典型非對稱加密簽名的應用場景。認證服務器本身使用私鑰對 Token 簽名，公開公鑰。信任這個認證服務器的業務服務器保存公鑰，用於驗證簽名。幸虧，JWT 不只可使用 HMAC 簽名，也可使用 RSA（一種非對稱加密算法）簽名。

不過，當業務服務器已經不受信任的時候，多個業務服務器之間使用相同的 Token 對用戶來講是不安全的。由於任何一個服務器拿到 Token 均可以仿冒用戶去另外一個服務器處理業務……悲劇隨時可能發生。

爲了防止這種狀況發生，就須要在認證服務器產生 Token 的時候，把使用該 Token 的業務服務器的信息記錄在 Token 中，這樣當另外一個業務服務器拿到這個 Token 的時候，發現它並非本身應該驗證的 Token，就能夠直接拒絕。

如今，認證服務器不信任業務服務器，業務服務器相互也不信任，但前端是信任這些服務器的——若是前端不信任，就不會拿 Token 去請求驗證。那麼爲何會信任？多是由於這些是同一家公司或者同一個項目中提供的若干服務構成的服務體系。

可是，前端信任不表明用戶信任。若是 Token 不沒有攜帶用戶隱私（好比姓名），那麼用戶不會關心信任問題。但若是 Token 含有用戶隱私的時候，用戶得關心信任問題了。這時候認證服務就不得再也不囉嗦一些，當用戶請求 Token 的時候，問上一句，你真的要受權給某某某業務服務嗎？而這個「某某某」，用戶怎麼知道它是否是真的「某某某」呢？用戶固然不知道，甚至認證服務也不知道，由於公鑰已經公開了，任何一個業務均可以聲明本身是「某某某」。

爲了獲得用戶的信任，認證服務就不得不幫助用戶來甄別業務服務。因此，認證服器決定不公開公鑰，而是要求業務服務先申請註冊並經過審覈。只有經過審覈的業務服務器才能獲得認證服務爲它建立的，僅供它使用的公鑰。若是該業務服務泄漏公鑰帶來風險，由該業務服務自行承擔。如今認證服務能夠清楚的告訴用戶，「某某某」服務是什麼了。若是用戶仍是不夠信任，認證服務甚至能夠問，某某某業務服務須要請求 A、B、C 三項我的數據，其中 A 是必須的，否則它不工做，是否容許受權？若是你受權，我就把你受權的幾項數據加密放在 Token 中……