常见的前后端鉴权方式

转自：阮一峰

链接：http://www.ruanyifeng.com/blog/

• Session-Cookie
• Token 验证(包括JWT，SSO)
• OAuth2.0（开放授权）

• 通俗地讲就是验证当前用户的身份，证明“你是你自己”（比如：你每天上下班打卡，都需要通过指纹打卡，当你的指纹和系统里录入的指纹相匹配时，就打卡成功）
• 互联网中的认证：
  • 用户名密码登录
  • 邮箱发送登录链接
  • 手机号接收验证码
  • 只要你能收到邮箱/验证码，就默认你是账号的主人

• 赋予某个认证访问某些资源的权限
• 实现授权的方式有：cookie、session、token、OAuth

• 实现认证和授权的前提是需要一种媒介（证书） 来标记访问者的身份
• 通过[认证]——>进行[授权]——>发放给被认证角色[凭证]

• HTTP 是无状态的协议
• cookie 存储在客户端
• cookie 是不可跨域的

• 服务器端为每个对话对象（浏览器）创建一个会话对象（session对象）

• session 是另一种记录服务器和客户端会话状态的机制

• session 是基于 cookie 实现的，session 存储在服务器端，sessionId 会被存储到客户端的cookie 中

• session 认证流程：

  • 用户第一次请求服务器的时候，服务器根据用户提交的相关信息，创建对应的 Session
  • 请求返回时将此 Session 的唯一标识信息 SessionID 返回给浏览器 浏览器接收到服务器返回的 SessionID 信息后，会将此信息存入到 Cookie 中，同时 Cookie 记录此 SessionID 属于哪个域名
  • 当用户第二次访问服务器的时候，请求会自动判断此域名下是否存在 Cookie 信息，如果存在自动将 Cookie 信息也发送给服务端，服务端会从 Cookie 中获取 SessionID，再根据 SessionID 查找对应的 Session 信息，如果没有找到说明用户没有登录或者登录失效，如果找到 Session 证明用户已经登录可执行后面操作。

反正就是客户端（浏览器）和服务端（服务器）通过 Cookie 和 Session，标记了你是谁，我是谁，我知道你是谁，这几个信息。

• 凭证

• 特点：

  • 服务端无状态化、可扩展性好
  • 支持移动端设备
  • 安全
  • 支持跨程序调用

• token 的身份验证流程：

  1. 客户端使用用户名跟密码请求登录
  2. 服务端收到请求，去验证用户名与密码
  3. 验证成功后，服务端会签发一个 token 并把这个 token 发送给客户端
  4. 客户端收到 token 以后，会把它存储起来，比如放在 cookie 里或者 localStorage 里
  5. 客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 token
  6. 服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 token ，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据

• 每一次请求都需要携带 token，需要把 token 放到 HTTP 的 Header 里

• 基于 token 的用户认证是一种服务端无状态的认证方式，服务端不用存放 token 数据。用解析 token 的计算时间换取 session 的存储空间，从而减轻服务器的压力，减少频繁的查询数据库

• token 完全由应用管理，所以它可以避开同源策略

• Access Token 的有效期比较短，当 Acesss Token 由于过期而失效时，使用 Refresh Token 就可以获取到新的 Token，如果 Refresh Token 也失效了，用户就只能重新登录了。

• Refresh Token 及过期时间是存储在服务器的数据库中，只有在申请新的 Acesss Token 时才会验证，不会对业务接口响应时间造成影响，也不需要向 Session 一样一直保持在内存中以应对大量的请求。

• JSON Web Token（简称 JWT）是目前最流行的跨域认证解决方案。
• 是一种认证授权机制。
• JWT 是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于 JSON 的开放标准（RFC 7519）。JWT 的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息，以便于从资源服务器获取资源。比如用在用户登录上。
• 可以使用 HMAC 算法或者是 RSA 的公/私秘钥对 JWT 进行签名。因为数字签名的存在，这些传递的信息是可信的。
• JWT 认证流程
  • 用户输入用户名/密码登录，服务端认证成功后，会返回给客户端一个 JWT
  • 客户端将 token 保存到本地（通常使用 localstorage，也可以使用 cookie）
  • 当用户希望访问一个受保护的路由或者资源的时候，需要请求头的 Authorization 字段中使用Bearer 模式添加 JWT，其内容看起来是下面这样
  • Authorization: Bearer <token>
  • 服务端的保护路由将会检查请求头 Authorization 中的 JWT 信息，如果合法，则允许用户的行为
  • 因为 JWT 是自包含的（内部包含了一些会话信息），因此减少了需要查询数据库的需要
  • 因为 JWT 并不使用 Cookie 的，所以你可以使用任何域名提供你的 API 服务而不需要担心跨域资源共享问题（CORS）
  • 因为用户的状态不再存储在服务端的内存中，所以这是一种无状态的认证机制

• 相同：
  • 都是访问资源的令牌
  • 都可以记录用户的信息
  • 都是使服务端无状态化
  • 都是只有验证成功后，客户端才能访问服务端上受保护的资源
• 区别：
  • Token：服务端验证客户端发送过来的 Token 时，还需要查询数据库获取用户信息，然后验证 Token 是否有效。
  • JWT： 将 Token 和 Payload 加密后存储于客户端，服务端只需要使用密钥解密进行校验（校验也是 JWT 自己实现的）即可，不需要查询或者减少查询数据库，因为 JWT 自包含了用户信息和加密的数据。

所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

{
"姓名": "张三",
"角色": "管理员",
"到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名（详见后文）。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

实际的 JWT 大概就像下面这样。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行

JWT 的三个部分依次如下。

Header（头部）
Payload（负载）
Signature（签名）

写成一行，就是下面的样子。

Header.Payload.Signature

Header 部分是一个 JSON 对象，描述 JWT 的元数据，通常是下面的样子。

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

上面代码中，alg 属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法（详见后文）转成字符串

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

iss (issuer)：签发人
exp (expiration time)：过期时间
sub (subject)：主题
aud (audience)：受众
nbf (Not Before)：生效时间
iat (Issued At)：签发时间
jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer <token>

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

OAuth 就是一种授权机制。数据的所有者告诉系统，同意授权第三方应用进入系统，获取这些数据。系统从而产生一个短期的进入令牌（token），用来代替密码，供第三方应用使用。

令牌（token）与密码（password）的作用是一样的，都可以进入系统，但是有三点差异。

（1）令牌是短期的，到期会自动失效，用户自己无法修改。密码一般长期有效，用户不修改，就不会发生变化。

（2）令牌可以被数据所有者撤销，会立即失效。以上例而言，屋主可以随时取消快递员的令牌。密码一般不允许被他人撤销。

（3）令牌有权限范围（scope），比如只能进小区的二号门。对于网络服务来说，只读令牌就比读写令牌更安全。密码一般是完整权限。

上面这些设计，保证了令牌既可以让第三方应用获得权限，同时又随时可控，不会危及系统安全。这就是 OAuth 2.0 的优点。

注意，只要知道了令牌，就能进入系统。系统一般不会再次确认身份，所以令牌必须保密，泄漏令牌与泄漏密码的后果是一样的。 这也是为什么令牌的有效期，一般都设置得很短的原因。

OAuth 2.0 对于如何颁发令牌的细节，规定得非常详细。具体来说，一共分成四种授权类型（authorization grant），即四种颁发令牌的方式，适用于不同的互联网场景。下一篇文章，我就来介绍这四种类型，并给出代码实例。

OAuth 2.0 的标准是 RFC 6749 文件。该文件先解释了 OAuth 是什么。

OAuth 引入了一个授权层，用来分离两种不同的角色：客户端和资源所有者。......资源所有者同意以后，资源服务器可以向客户端颁发令牌。客户端通过令牌，去请求数据。

这段话的意思就是，OAuth 的核心就是向第三方应用颁发令牌。然后，RFC 6749 接着写道：

（由于互联网有多种场景，）本标准定义了获得令牌的四种授权方式（authorization grant ）。

也就是说，OAuth 2.0 规定了四种获得令牌的流程。你可以选择最适合自己的那一种，向第三方应用颁发令牌。下面就是这四种授权方式。

授权码（authorization-code）
隐藏式（implicit）
密码式（password）：
客户端凭证（client credentials）

注意，不管哪一种授权方式，第三方应用申请令牌之前，都必须先到系统备案，说明自己的身份，然后会拿到两个身份识别码：客户端 ID（client ID）和客户端密钥（client secret）。这是为了防止令牌被滥用，没有备案过的第三方应用，是不会拿到令牌的。

授权码（authorization code）方式，指的是第三方应用先申请一个授权码，然后再用该码获取令牌。

这种方式是最常用的流程，安全性也最高，它适用于那些有后端的 Web 应用。授权码通过前端传送，令牌则是储存在后端，而且所有与资源服务器的通信都在后端完成。这样的前后端分离，可以避免令牌泄漏。

第一步，A 网站提供一个链接，用户点击后就会跳转到 B 网站，授权用户数据给 A 网站使用。下面就是 A 网站跳转 B 网站的一个示意链接。

https://b.com/oauth/authorize?
response_type=code&
client_id=CLIENT_ID&
redirect_uri=CALLBACK_URL&
scope=read

上面 URL 中，response_type 参数表示要求返回授权码（code），client_id 参数让 B 知道是谁在请求，redirect_uri 参数是 B 接受或拒绝请求后的跳转网址，scope 参数表示要求的授权范围（这里是只读）。

第二步，用户跳转后，B 网站会要求用户登录，然后询问是否同意给予 A 网站授权。用户表示同意，这时 B 网站就会跳回redirect_uri参数指定的网址。跳转时，会传回一个授权码，就像下面这样。

https://a.com/callback?code=AUTHORIZATION_CODE

上面 URL 中，code参数就是授权码。

第三步，A 网站拿到授权码以后，就可以在后端，向 B 网站请求令牌。

https://b.com/oauth/token?
client_id=CLIENT_ID&
client_secret=CLIENT_SECRET&
grant_type=authorization_code&
code=AUTHORIZATION_CODE&
redirect_uri=CALLBACK_URL

上面 URL 中，client_id 参数和 client_secret 参数用来让 B 确认 A 的身份（client_secret 参数是保密的，因此只能在后端发请求），grant_type 参数的值是AUTHORIZATION_CODE，表示采用的授权方式是授权码，code 参数是上一步拿到的授权码，redirect_uri 参数是令牌颁发后的回调网址。

第四步，B 网站收到请求以后，就会颁发令牌。具体做法是向redirect_uri指定的网址，发送一段 JSON 数据。

{    
"access_token":"ACCESS_TOKEN",
"token_type":"bearer",
"expires_in":2592000,
"refresh_token":"REFRESH_TOKEN",
"scope":"read",
"uid":100101,
"info":{...}
}

上面 JSON 数据中，access_token字段就是令牌，A 网站在后端拿到了。

有些 Web 应用是纯前端应用，没有后端。这时就不能用上面的方式了，必须将令牌储存在前端。RFC 6749 就规定了第二种方式，允许直接向前端颁发令牌。这种方式没有授权码这个中间步骤，所以称为（授权码）“隐藏式”（implicit）。

第一步，A 网站提供一个链接，要求用户跳转到 B 网站，授权用户数据给 A 网站使用。

https://b.com/oauth/authorize?
response_type=token&
client_id=CLIENT_ID&
redirect_uri=CALLBACK_URL&
scope=read

上面 URL 中，response_type参数为token，表示要求直接返回令牌。

第二步，用户跳转到 B 网站，登录后同意给予 A 网站授权。这时，B 网站就会跳回redirect_uri参数指定的跳转网址，并且把令牌作为 URL 参数，传给 A 网站。

https://a.com/callback#token=ACCESS_TOKEN

上面 URL 中，token参数就是令牌，A 网站因此直接在前端拿到令牌。

注意，令牌的位置是 URL 锚点（fragment），而不是查询字符串（querystring），这是因为 OAuth 2.0 允许跳转网址是 HTTP 协议，因此存在"中间人攻击"的风险，而浏览器跳转时，锚点不会发到服务器，就减少了泄漏令牌的风险。

这种方式把令牌直接传给前端，是很不安全的。因此，只能用于一些安全要求不高的场景，并且令牌的有效期必须非常短，通常就是会话期间（session）有效，浏览器关掉，令牌就失效了。

如果你高度信任某个应用，RFC 6749 也允许用户把用户名和密码，直接告诉该应用。该应用就使用你的密码，申请令牌，这种方式称为"密码式"（password）。

第一步，A 网站要求用户提供 B 网站的用户名和密码。拿到以后，A 就直接向 B 请求令牌。

ttps://oauth.b.com/token?
grant_type=password&
username=USERNAME&
password=PASSWORD&
client_id=CLIENT_ID

上面 URL 中，grant_type参数是授权方式，这里的password表示"密码式"，username和password是 B 的用户名和密码。

第二步，B 网站验证身份通过后，直接给出令牌。注意，这时不需要跳转，而是把令牌放在 JSON 数据里面，作为 HTTP 回应，A 因此拿到令牌。

这种方式需要用户给出自己的用户名/密码，显然风险很大，因此只适用于其他授权方式都无法采用的情况，而且必须是用户高度信任的应用。

最后一种方式是凭证式（client credentials），适用于没有前端的命令行应用，即在命令行下请求令牌。

第一步，A 应用在命令行向 B 发出请求。

https://oauth.b.com/token?
grant_type=client_credentials&
client_id=CLIENT_ID&
client_secret=CLIENT_SECRET

上面 URL 中，grant_type参数等于client_credentials表示采用凭证式，client_id和client_secret用来让 B 确认 A 的身份。

第二步，B 网站验证通过以后，直接返回令牌。

这种方式给出的令牌，是针对第三方应用的，而不是针对用户的，即有可能多个用户共享同一个令牌。

A 网站拿到令牌以后，就可以向 B 网站的 API 请求数据了。

此时，每个发到 API 的请求，都必须带有令牌。具体做法是在请求的头信息，加上一个Authorization字段，令牌就放在这个字段里面。

curl -H "Authorization: Bearer ACCESS_TOKEN" \
"https://api.b.com"

上面命令中，ACCESS_TOKEN就是拿到的令牌。

令牌的有效期到了，如果让用户重新走一遍上面的流程，再申请一个新的令牌，很可能体验不好，而且也没有必要。OAuth 2.0 允许用户自动更新令牌。

具体方法是，B 网站颁发令牌的时候，一次性颁发两个令牌，一个用于获取数据，另一个用于获取新的令牌（refresh token 字段）。令牌到期前，用户使用 refresh token 发一个请求，去更新令牌。

https://b.com/oauth/token?
grant_type=refresh_token&
client_id=CLIENT_ID&
client_secret=CLIENT_SECRET&
refresh_token=REFRESH_TOKEN

上面 URL 中，grant_type参数为refresh_token表示要求更新令牌，client_id参数和client_secret参数用于确认身份，refresh_token参数就是用于更新令牌的令牌。

B 网站验证通过以后，就会颁发新的令牌。

写到这里，颁发令牌的四种方式就介绍完了。下一篇文章会编写一个真实的 Demo，演示如何通过 OAuth 2.0 向 GitHub 的 API 申请令牌，然后再用令牌获取数据。

（正文完）