发展史

• 1、很久以前，Web 基本上就是文档的浏览而已， 既然是浏览，作为服务器， 不需要记录谁在某一段时间里都浏览了什么文档，每次请求都是一个新的 HTTP 协议， 就是请求加响应， 尤其是我不用记住是谁刚刚发了 HTTP 请求， 每个请求对我来说都是全新的。
• 2、但是随着交互式 Web 应用的兴起，像在线购物网站，需要登录的网站等等，马上就面临一个问题，那就是要管理会话，必须记住哪些人登录系统， 哪些人往自己的购物车中放商品， 也就是说我必须把每个人区分开，这就是一个不小的挑战，因为HTTP请求是无状态的，所以想出的办法就是给大家发一个会话标识 session id, 说白了就是一个随机的字串，每个人收到的都不一样， 每次大家向我发起HTTP请求的时候，把这个字符串给一并捎过来， 这样我就能区分开谁是谁了
• 3、这样大家很嗨皮了，可是服务器就不嗨皮了，每个人只需要保存自己的 session id，而服务器要保存所有人的 session id ！如果访问服务器多了， 就得由成千上万，甚至几十万个。

  这对服务器说是一个巨大的开销 ， 严重的限制了服务器扩展能力， 比如说我用两个机器组成了一个集群， 小F通过机器A登录了系统， 那session id会保存在机器A上， 假设小F的下一次请求被转发到机器B怎么办？机器B可没有小F的 session id啊。有时候会采用一点小伎俩：session sticky ， 就是让小F的请求一直粘连在机器A上， 但是这也不管用， 要是机器A挂掉了， 还得转到机器B去。那只好做 session 的复制了， 把session id 在两个机器之间搬来搬去， 快累死了。

后来有个叫 Memcached的支了招：把session id集中存储到一个地方， 所有的机器都来访问这个地方的数据， 这样一来，就不用复制了， 但是增加了单点失败的可能性， 要是那个负责session 的机器挂了， 所有人都得重新登录一遍， 估计得被人骂死。

也尝试把这个单点的机器也搞出集群，增加可靠性， 但不管如何， 这小小的session 对我来说是一个沉重的负担

• 4、于是有人就一直在思考， 我为什么要保存这可恶的session呢， 只让每个客户端去保存该多好？

可是如果不保存这些session id, 怎么验证客户端发给我的session id 的确是我生成的呢？** 如果不去验证，我们都不知道他们是不是合法登录的用户， 那些不怀好意的家伙们就可以伪造session id , 为所欲为了。

嗯，对了，关键点就是验证 ！

比如说， 小F已经登录了系统， 我给他发一个令牌token， 里边包含了小F的 user id， 下一次小F 再次通过Http请求访问我的时候， 把这个token 通过Http header带过来不就可以了。*

不过这和session id没有本质区别啊， 任何人都可以可以伪造， 所以我得想点儿办法， 让别人伪造不了。

那就对数据做一个签名吧， 比如说我用HMAC-SHA256 算法，加上一个只有我才知道的密钥， 对数据做一个签名， 把这个签名和数据一起作为token， 由于密钥别人不知道， 就无法伪造token了。

这个 token 我不保存， 当小F把这个 token 给我发过来的时候，我再用同样的 HMAC-SHA256 算法和同样的密钥，对数据再计算一次签名， 和 token 中的签名做个比较， 如果相同， 我就知道小F已经登录过了，并且可以直接取到小F的user id , 如果不相同， 数据部分肯定被人篡改过， 我就告诉发送者：对不起，没有认证。

Token 中的数据是明文保存的（虽然我会用Base64做下编码， 但那不是加密）， 还是可以被别人看到的， 所以我不能在其中保存像密码这样的敏感信息。

当然， 如果一个人的token 被别人偷走了， 那我也没办法， 我也会认为小偷就是合法用户， 这其实和一个人的session id 被别人偷走是一样的。

这样一来， 我就不保存session id 了， 我只是生成token , 然后验证token ， 我用我的CPU计算时间获取了我的session 存储空间 ！

解除了session id这个负担， 可以说是无事一身轻， 我的机器集群现在可以轻松地做水平扩展， 用户访问量增大， 直接加机器就行。这种无状态的感觉实在是太好了！

Cookie

• cookie 是一个非常具体的东西，指的就是浏览器里面能永久存储的一种数据，仅仅是浏览器实现的一种数据存储功能。
• cookie 由服务器生成，发送给浏览器，浏览器把 cookie 以 kv 形式保存到某个目录下的文本文件内，下一次请求同一网站时会把该 cookie 发送给服务器。由于 cookie 是存在客户端上的，所以浏览器加入了一些限制确保 cookie 不会被恶意使用，同时不会占据太多磁盘空间，所以每个域的 cookie 数量是有限的。

Session

• session 从字面上讲，就是会话。这个就类似于你和一个人交谈，你怎么知道当前和你交谈的是张三而不是李四呢？对方肯定有某种特征（长相等）表明他就是张三。
• session 也是类似的道理，服务器要知道当前发请求给自己的是谁。为了做这种区分，服务器就要给每个客户端分配不同的“身份标识”，然后客户端每次向服务器发请求的时候，都带上这个“身份标识”，服务器就知道这个请求来自于谁了。至于客户端怎么保存这个“身份标识”，可以有很多种方式，对于浏览器客户端，大家都默认采用 cookie 的方式。
• 服务器使用 session 把用户的信息临时保存在了服务器上，用户离开网站后 session 会被销毁。这种用户信息存储方式相对 cookie 来说更安全，可是 session 有一个缺陷：如果 web 服务器做了负载均衡，那么下一个操作请求到了另一台服务器的时候 session 会丢失。

Token

• 在 Web 领域基于 Token 的身份验证随处可见。在大多数使用 Web API 的互联网公司中，tokens 是多用户下处理认证的最佳方式。
• 以下几点特性会让你在程序中使用基于 Token 的身份验证
  1. 无状态、可扩展
  2. 支持移动设备
  3. 跨程序调用
  4. 安全
• 那些使用基于 Token 的身份验证的大佬们
• 大部分你见到过的 API 和 Web 应用都使用 tokens。例如 Facebook , Twitter , Google+ , GitHub 等。

起源

基于服务器的验证

• 我们都是知道 HTTP 协议是无状态的，这种无状态意味着程序需要验证每一次请求，从而辨别客户端的身份。
• 在这之前，程序都是通过在服务端存储的登录信息来辨别请求的。这种方式一般都是通过存储 Session 来完成。
• 随着 Web ，应用程序，已经移动端的兴起，这种验证的方式逐渐暴露出了问题。尤其是在可扩展性方面。

基于服务器验证方式暴露的一些问题

• Seesion：每次认证用户发起请求时，服务器需要去创建一个记录来存储信息。当越来越多的用户发请求时，内存的开销也会不断增加。
• 可扩展性：在服务端的内存中使用Seesion存储登录信息，伴随而来的是可扩展性问题。
• CORS (跨域资源共享)：当我们需要让数据跨多台移动设备上使用时，跨域资源的共享会是一个让人头疼的问题。在使用 Ajax 抓取另一个域的资源，就可能会出现禁止请求的情况。
• CSR F(跨站请求伪造)：用户在访问银行网站时，他们很容易受到跨站请求伪造的攻击，并且能够被利用其访问其他的网站。

在这些问题中，可扩展行是最突出的。因此我们有必要去寻求一种更有行之有效的方法。

基于Token的验证原理

基于Token的身份验证是无状态的，我们不将用户信息存在服务器或Session中。

这种概念解决了在服务端存储信息时的许多问题

NoSession意味着你的程序可以根据需要去增减机器，而不用去担心用户是否登录。

基于 Token 的身份验证的过程如下:

1. 用户通过用户名和密码发送请求。
2. 程序验证。
3. 程序返回一个签名的token 给客户端。
4. 客户端储存token,并且每次用于每次发送请求。
5. 服务端验证token并返回数据。

每一次请求都需要 token。token 应该在HTTP的头部发送从而保证了Http请求无状态。我们同样通过设置服务器属性Access-Control-Allow-Origin:* ，让服务器能接受到来自所有域的请求。

需要注意的是，在 ACAO 头部标明 (designating)* 时，不得带有像 HTTP 认证，客户端 SSL 证书和 cookies 的证书

实现思路：

1. 用户登录校验，校验成功后就返回Token给客户端。
2. 客户端收到数据后保存在客户端
3. 客户端每次访问 API 是携带Token到服务器端。
4. 服务器端采用 filter 过滤器校验。校验成功则返回请求数据，校验失败则返回错误码

当我们在程序中认证了信息并取得token之后，我们便能通过这个Token做许多的事情。

我们甚至能基于创建一个基于权限的token传给第三方应用程序，这些第三方程序能够获取到我们的数据（当然只有在我们允许的特定的token）

Tokens的优势

无状态、可扩展

• 在客户端存储的 Tokens 是无状态的，并且能够被扩展。基于这种无状态和不存储 Session 信息，负载负载均衡器能够将用户信息从一个服务传到其他服务器上。
• 如果我们将已验证的用户的信息保存在 Session 中，则每次请求都需要用户向已验证的服务器发送验证信息(称为 Session 亲和性)。用户量大时，可能会造成一些拥堵。
• 但是不要着急。使用 tokens 之后这些问题都迎刃而解，因为 tokens 自己 hold 住了用户的验证信息。

安全性

• 请求中发送 token 而不再是发送 cookie 能够防止 CSRF (跨站请求伪造)。即使在客户端使用 cookie 存储 token，cookie 也仅仅是一个存储机制而不是用于认证。不将信息存储在 Session 中，让我们少了对 session 操作。
• token 是有时效的，一段时间之后用户需要重新验证。我们也不一定需要等到 token 自动失效，token 有撤回的操作，通过 token revocataion可以使一个特定的 token 或是一组有相同认证的 token 无效。

可扩展性

• Tokens 能够创建与其它程序共享权限的程序。例如，能将一个随便的社交帐号和自己的大号 (Fackbook或是Twitter) 联系起来。当通过服务登录 Twitter (我们将这个过程Buffer)时，我们可以将这些 Buffer 附到 Twitter 的数据流上 (we are allowing Buffer to post to our Twitter stream)。
• 使用tokens时，可以提供可选的权限给第三方应用程序。当用户想让另一个应用程序访问它们的数据，我们可以通过建立自己的 API，得出特殊权限的tokens。

多平台跨域

我们提前先来谈论一下 CORS (跨域资源共享)，对应用程序和服务进行扩展的时候，需要介入各种各种的设备和应用程序。

Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN. This eliminates the issues that CORS brings up after we set a quick header configuration for our application.

只要用户有一个通过了验证的token，数据和资源就能够在任何域上被请求到。

Access-Control-Allow-Origin: *      

• 基于标准创建 token 的时候，你可以设定一些选项。标准的用法在JSON Web Tokens体现。
• 最近的程序和文档是供给JSON Web Tokens的。它支持众多的语言。这意味在未来的使用中你可以真正的转换你的认证机制。

转自:微信公众号: 民工哥技术之路

JWT

是什么

• JSON Web Token (JWT) 是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于作为 JSON 对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。
• 简单来说就是 JWT(Json Web Token)是实现token技术的一种解决方案

何时使用

• Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录，后续每个请求都将包含JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性，因为它的开销很小，并且可以轻松地跨域使用。
• Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言，JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式。因为JWTs可以被签名，例如，用公钥/私钥对，你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外，由于签名是使用头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改。

JSON Web Token 结构

简述

• JSON Web Token由三部分组成，它们之间用圆点(.)连接。这三部分分别是：
  • Header
  • Payload
  • Signature
• 典型的JWT

  xxxxx.yyyyy.zzzzz

Header

header典型的由两部分组成：token的类型（“JWT”）和算法名称 alg（比如：HMAC SHA256或者RSA等等）。

然后，用Base64对这个JSON编码就得到JWT的第一部分

Payload

JWT的第二部分是payload，它包含声明（要求）。声明是关于实体(通常是用户)和其他数据的声明。声明有三种类型: registered, public 和 private。

• Registered claims : 这里有一组预定义的声明，它们不是强制的，但是推荐。比如：iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
• Public claims : 可以随意定义。
• Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息，并且不是注册的或公开的声明。
  • iss 【issuer】发布者的url地址
  • sub 【subject】该JWT所面向的用户，用于处理特定应用，不是常用的字段
  • aud 【audience】接受者的url地址
  • exp 【expiration】 该jwt销毁的时间；unix时间戳
  • nbf 【not before】 该jwt的使用时间不能早于该时间；unix时间戳
  • iat 【issued at】 该jwt的发布时间；unix 时间戳
  • jti 【JWT ID】 该jwt的唯一ID编号

对payload进行Base64编码就得到JWT的第二部分

注意：不要在JWT的payload或header中放置敏感信息，除非它们是加密的。

Signature

为了得到签名部分，你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥，签名算法是header中指定的那个，然对它们签名即可。

例如：

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改，并且，对于使用私钥签名的token，它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。

如何工作

• 在认证的时候，当用户用他们的凭证成功登录以后，一个JSON Web Token将会被返回。此后，token就是用户凭证了，你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言，你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。
• 无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候，用户代理（通常是浏览器）都应该带上JWT，典型的，通常放在Authorization header中，用Bearer schema。
• header应该看起来是这样的：
  • Authorization: Bearer <token>
• 服务器上的受保护的路由将会检查Authorization header中的JWT是否有效，如果有效，则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据，那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要，尽管可能并不总是如此。
• 如果token是在授权头（Authorization header）中发送的，那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题，因为它不使用cookie。
• 下面这张图显示了如何获取JWT以及使用它来访问APIs或者资源：

1. 应用（或者客户端）想授权服务器请求授权。例如，如果用授权码流程的话，就是/oauth/authorize
2. 当授权被许可以后，授权服务器返回一个access token给应用
3. 应用使用access token访问受保护的资源（比如：API）

基于Token的身份认证 与 基于服务器的身份认证

基于服务器的身份认证

传统的做法是将已经认证过的用户信息存储在服务器上，比如Session。用户下次请求的时候带着Session ID，然后服务器以此检查用户是否认证过。

这种基于服务器的身份认证方式存在一些问题：

• Sessions : 每次用户认证通过以后，服务器需要创建一条记录保存用户信息，通常是在内存中，随着认证通过的用户越来越多，服务器的在这里的开销就会越来越大。
• Scalability : 由于Session是在内存中的，这就带来一些扩展性的问题。
• CORS : 当我们想要扩展我们的应用，让我们的数据被多个移动设备使用时，我们必须考虑跨资源共享问题。当使用AJAX调用从另一个域名下获取资源时，我们可能会遇到禁止请求的问题。
• CSRF : 用户很容易受到CSRF攻击。

JWT与Session的差异

• 相同点是，它们都是存储用户信息；然而，Session是在服务器端的，而JWT是在客户端的。
• Session方式存储用户信息的最大问题在于要占用大量服务器内存，增加服务器的开销。
• 而JWT方式将用户状态分散到了客户端中，可以明显减轻服务端的内存压力。
• Session的状态是存储在服务器端，客户端只有session id；而Token的状态是存储在客户端。

基于Token的身份认证是如何工作的

基于Token的身份认证是无状态的，服务器或者Session中不会存储任何用户信息。

没有会话信息意味着应用程序可以根据需要扩展和添加更多的机器，而不必担心用户登录的位置。

虽然这一实现可能会有所不同，但其主要流程如下：

1. 用户携带用户名和密码请求访问
2. 服务器校验用户凭据
3. 应用提供一个token给客户端
4. 客户端存储token，并且在随后的每一次请求中都带着它
5. 服务器校验token并返回数据

注意：

1. 每一次请求都需要token
2. Token应该放在请求header中
3. 我们还需要将服务器设置为接受来自所有域的请求，用Access-Control-Allow-Origin: *

JWT与OAuth的区别

1. OAuth2是一种授权框架 ，JWT是一种认证协议
2. 无论使用哪种方式切记用HTTPS来保证数据的安全性
3. OAuth2用在使用第三方账号登录的情况(比如使用weibo, qq, github登录某个app)，而JWT是用在前后端分离, 需要简单的对后台API进行保护时使用。

JWT 优点

• 因为json的通用性，所以JWT是可以进行跨语言支持的，像JAVA,JavaScript,NodeJS,PHP等很多语言都可以使用。
• 因为有了payload部分，所以JWT可以在自身存储一些其他业务逻辑所必要的非敏感信息。
• 便于传输，jwt的构成非常简单，字节占用很小，所以它是非常便于传输的。
• 它不需要在服务端保存会话信息, 所以它易于应用的扩展

JWT的使用

参考链接: 博客：JWT 完整使用详解

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