WebSocket 的鉴权授权方案

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WebSocket 的鉴权授权方案

引子

WebSocket 是个好东西,为我们提供了便捷且实时的通讯能力。然而,对于 WebSocket 客户端的鉴权,协议的 RFC 是这么说的:

This protocol doesn’t prescribe any particular way that servers can
authenticate clients during the WebSocket handshake. The WebSocket
server can use any client authentication mechanism available to a
generic HTTP server, such as cookies, HTTP authentication, or TLS
authentication.

也就是说,鉴权这个事,得自己动手

协议原理

WebSocket 是独立的、创建在 TCP 上的协议。

为了创建Websocket连接,需要通过浏览器发出请求,之后服务器进行回应,这个过程通常称为“握手”。

实现步骤:

1. 发起请求的浏览器端,发出协商报文:

GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13复制代码

2. 服务器端响应101状态码(即切换到socket通讯方式),其报文:

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=
Sec-WebSocket-Protocol: chat复制代码

3. 协议切换完成,双方使用Socket通讯

直观的协商及通讯过程:

websocket-lifecycle

方案

通过对协议实现的解读可知:在 HTTP 切换到 Socket 之前,没有什么好的机会进行鉴权,因为在这个时间节点,报文(或者说请求的Headers)必须遵守协议规范。但这不妨碍我们在协议切换完成后,进行鉴权授权:

鉴权

  1. 在连接建立时,检查连接的HTTP请求头信息(比如cookies中关于用户的身份信息)
  2. 在每次接收到消息时,检查连接是否已授权过,及授权是否过期
  3. 以上两点,只要答案为否,则服务端主动关闭socket连接

授权

服务端在连接建立时,颁发一个ticket给peer端,这个ticket可以包含但不限于:

  • peer端的uniqueId(可以是ip,userid,deviceid…任一种具备唯一性的键)
  • 过期时间的timestamp
  • token:由以上信息生成的哈希值,最好能加盐

安全性的补充说明

有朋友问:这一套机制如何防范重放攻击,私以为可以从以下几点出发:

  • 可以用这里提到的expires,保证过期,如果你愿意,甚至可以每次下发消息时都发送一个新的Ticket,只要上传消息对不上这个Ticket,就断开,这样非Original Peer是没法重放的
  • 可以结合redis,实现 ratelimit,防止高频刷接口,这个可以参考 express-rate-limit,原理很简单,不展开
  • 为防止中间人,最好使用wss(TLS)

代码实现

WebSocket连接处理,基于 node.js 的 ws 实现:

JavaScript
import url from 'url'
import WebSocket from 'ws'
import debug from 'debug'
import moment from 'moment'
import { Ticket } from '../models'

const debugInfo = debug('server:global')

// server 可以是 http server实例
const wss = new WebSocket.Server({ server })
wss.on('connection', async(ws) => {
  const location = url.parse(ws.upgradeReq.url, true)
  const cookie = ws.upgradeReq.cookie
  debugInfo('ws request from: ', location, 'cookies:', cookie)

  // issue & send ticket to the peer
  if (!checkIdentity(ws)) {
    terminate(ws)
  } else {
    const ticket = issueTicket(ws)
    await ticket.save()
    ws.send(ticket.pojo())

    ws.on('message', (message) => {
      if (!checkTicket(ws, message)) {
        terminate(ws)
      }
      debugInfo('received: %s', message)
    })
  }
})

function issueTicket(ws) {
  const uniqueId = ws.upgradeReq.connection.remoteAddress
  return new Ticket(uniqueId)
}

async function checkTicket(ws, message) {
  const uniqueId = ws.upgradeReq.connection.remoteAddress
  const record = await Ticket.get(uniqueId)
  const token = message.token
  return record
    && record.expires
    && record.token
    && record.token === token
    && moment(record.expires) >= moment()
}

// 身份检查,可填入具体检查逻辑
function checkIdentity(ws) {
  return true
}

function terminate(ws) {
  ws.send('BYE!')
  ws.close()
}复制代码

授权用到的 Ticket(这里存储用到的是knex + postgreSQL):

JavaScript
import shortid from 'shortid'
import { utils } from '../components'
import { db } from './database'

export default class Ticket {
  constructor(uniqueId, expiresMinutes = 30) {
    const now = new Date()
    this.unique_id = uniqueId
    this.token = Ticket.generateToken(uniqueId, now)
    this.created = now
    this.expires = moment(now).add(expiresMinutes, 'minute')
  }

  pojo() {
    return {
      ...this
    }
  }

  async save() {
    return await db.from('tickets').insert(this.pojo()).returning('id')
  }

  static async get(uniqueId) {
    const result = await db
      .from('tickets')
      .select('id', 'unique_id', 'token', 'expires', 'created')
      .where('unique_id', uniqueId)
    const tickets = JSON.parse(JSON.stringify(result[0]))
    return tickets
  }

  static generateToken(uniqueId, now) {
    const part1 = uniqueId
    const part2 = now.getTime().toString()
    const part3 = shortid.generate()
    return utils.sha1(`${part1}:${part2}:${part3}`)
  }
}复制代码

utils 的哈希方法:

JavaScript
import crypto from 'crypto'

export default {
  sha1(str) {
    const shaAlog = crypto.createHash('sha1')
    shaAlog.update(str)
    return shaAlog.digest('hex')
  },
}复制代码

引用

  1. devcenter.heroku.com/articles/we…
  2. tools.ietf.org/html/rfc645…
  3. zh.wikipedia.org/wiki/WebSoc…
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