扒一扒Cookie、Session、Token、JWT、OAuth2、OIDC、SSO、Ids4一家的关系网

前言

在学习微服务、容器化开发部署的过程中，有一些基础的概念还没有熟练掌握，需要把相关的基础知识梳理一下，方便在以后的开发学习过程中能时常查阅和温习，做到温故而知新。

一、Cookie

1.1 基本概念：

HTTP Cookie（也叫 Web Cookie 或浏览器 Cookie）是服务器发送到用户浏览器并保存在本地的一小块数据，它会在浏览器下次向同一服务器再发起请求时被携带并发送到服务器上。通常，它用于告知服务端两个请求是否来自同一浏览器，如保持用户的登录状态。Cookie 使基于无状态的HTTP协议记录稳定的状态信息成为了可能。

Cookie 主要用于以下三个方面：

会话状态管理（如用户登录状态、购物车、游戏分数或其它需要记录的信息）

个性化设置（如用户自定义设置、主题等）

浏览器行为跟踪（如跟踪分析用户行为等）

Cookie 曾一度用于客户端数据的存储，因当时并没有其它合适的存储办法而作为唯一的存储手段，但现在随着现代浏览器开始支持各种各样的存储方式，Cookie 渐渐被淘汰。由于服务器指定 Cookie 后，浏览器的每次请求都会携带 Cookie 数据，会带来额外的性能开销（尤其是在移动环境下）。新的浏览器API已经允许开发者直接将数据存储到本地，如使用Web storage API（本地存储和会话存储）或 IndexedDB 。

1.2 Cookie的使用流程

Cookie的设置以及发送会经历以下4个步骤：

客户端发送一个请求到服务器；

服务器发送一个HttpResponse响应到客户端，其中包含Set-Cookie的头部,Cookie 的过期时间、域、路径、有效期、适用站点都可以根据需要来指定，一个简单的 Cookie 可能像这样： Set-Cookie: <cookie名>=<cookie值> ,服务器通过该头部告知客户端保存 Cookie 信息。

客户端保存Cookie，之后每次HttpRequest请求中会包含一个Cookie的头部；

GET /sample_page.html HTTP/1.1

Host: www.example.org

Cookie: yummy_cookie=choco; tasty_cookie=strawberry

服务器返回响应数据。 Response Headers中包含Set-Cookie头部，而Request Headers中包含了Cookie头部。

1.3 Cookie属性项

属性项	属性项介绍
NAME=VALUE	键值对，可以设置要保存的 Key/Value，注意这里的 NAME 不能和其他属性项的名字一样
Expires	过期时间，在设置的某个时间点后该 Cookie 就会失效
Domain	生成该 Cookie 的域名，如 domain="www.baidu.com"
Path	该 Cookie 是在当前的哪个路径下生成的，如 path=/wp-admin/
Secure	如果设置了这个属性，那么只会在 SSH 连接时才会回传该 Cookie

`Expires`属性

该属性用来设置Cookie的有效期。Cookie中的maxAge用来表示该属性，单位为秒。Cookie中通过getMaxAge()和setMaxAge(int maxAge)来读写该属性。maxAge有3种值，分别为正数，负数和0。

正数：则表示该Cookie会在maxAge秒之后自动失效。浏览器会将maxAge为正数的Cookie持久化，即写到对应的Cookie文件中（每个浏览器存储的位置不一致）。无论客户关闭了浏览器还是电脑，只要还在maxAge秒之前，登录网站时该Cookie仍然有效。下面代码中的Cookie信息将永远有效。

负数：则表示该Cookie只是一个临时Cookie，不会被持久化，仅在本浏览器窗口或者本窗口打开的子窗口中有效，关闭浏览器后该Cookie立即失效。

0：表示立即删除Cookie. 会话期 Cookie 是最简单的 Cookie：浏览器关闭之后它会被自动删除，也就是说它仅在会话期内有效。会话期Cookie不需要指定过期时间（Expires）或者有效期（Max-Age）。需要注意的是，有些浏览器提供了会话恢复功能，这种情况下即使关闭了浏览器，会话期Cookie 也会被保留下来，就好像浏览器从来没有关闭一样，这会导致 Cookie 的生命周期无限期延长。持久性 Cookie 的生命周期取决于过期时间（Expires）或有效期（Max-Age）指定的一段时间。

`Domain`属性

Cookie是不可以跨域名的，隐私安全机制禁止网站非法获取其他网站的Cookie。

正常情况下，同一个一级域名下的两个二级域名也不能交互使用Cookie，比如test1.mcrwayfun.com和test2.mcrwayfun.com，因为二者的域名不完全相同。如果想要mcrwayfun.com名下的二级域名都可以使用该Cookie，需要设置Cookie的domain参数为 .mcrwayfun.com，这样使用test1.mcrwayfun.com和test2.mcrwayfun.com就能访问同一个Cookie。

一级域名又称为顶级域名，一般由字符串+后缀组成。熟悉的一级域名有baidu.com，qq.com。com，cn，net等均是常见的后缀。

二级域名是在一级域名下衍生的，比如有个一级域名为mcrfun.com，则blog.mcrfun.com和www.mcrfun.com 均是其衍生出来的二级域名。

`Path`属性

path属性决定允许访问Cookie的路径,以字符 %x2F ("/") 作为路径分隔符，子路径也会被匹配。比如，设置为"/"表示允许所有路径都可以使用Cookie。

例如，设置 Path=/docs，则以下地址都会匹配：

/docs

/docs/Web/

/docs/Web/HTTP

`Secure` 属性和`HttpOnly` 属性

标记为 Secure 的 Cookie 只应通过被 HTTPS 协议加密过的请求发送给服务端，因此可以预防man-in-the-middle攻击者的攻击。但即便设置了 Secure 标记，敏感信息也不应该通过 Cookie 传输，因为 Cookie 有其固有的不安全性，Secure 标记也无法提供确实的安全保障, 例如，可以访问客户端硬盘的人可以读取它。

从 Chrome 52 和 Firefox 52 开始，不安全的站点（http:）无法使用Cookie的 Secure 标记。

JavaScript Document.cookie API 无法访问带有 HttpOnly 属性的cookie；此类 Cookie 仅作用于服务器。例如，持久化服务器端会话的 Cookie 不需要对 JavaScript 可用，而应具有 HttpOnly 属性。此预防措施有助于缓解跨站点脚本（XSS） (en-US)攻击。
示例：
Set-Cookie: id=a3fWa; Expires=Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT; Secure; HttpOnly

SameSite属性

SameSite 允许服务器要求某个 cookie 在跨站请求时不会被发送，（其中 Site (en-US) 由可注册域定义），从而可以阻止跨站请求伪造攻击CSRF。

SameSite是相对较新的一个字段，所有主流浏览器都已经得到支持,下面是例子：
Set-Cookie: key=value; SameSite=Strict
SameSite 可以有下面三种值：

None ：浏览器会在同站请求、跨站请求下继续发送 cookies，不区分大小写。

Strict： 浏览器将只在访问相同站点时发送 cookie。（在原有 Cookies 的限制条件上的加强）

Lax： 与 Strict 类似，但用户从外部站点导航至URL时（例如通过链接）除外。在新版本浏览器中，为默认选项，Same-site 将会为一些跨站子请求保留，如图片加载或者 frames 的调用，但只有当用户从外部站点导航到URL时才会发送。如 link 链接

以前，如果 SameSite 属性没有设置，或者没有得到运行浏览器的支持，那么它的行为等同于 None，Cookies 会被包含在任何请求中——包括跨站请求。

大多数主流浏览器正在将SameSite 的默认值迁移至 Lax。如果想要指定 Cookies 在同站、跨站请求都被发送，现在需要明确指定 SameSite 为 None。

二、Session

2.1、基本概念

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

2.2、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。

根据以上流程可知，SessionID 是连接 Cookie 和 Session 的一道桥梁，大部分系统也是根据此原理来验证用户登录状态。

2.3、`Cookie` 和 `Session` 的区别

安全性： Session 比 Cookie 安全，Session 是存储在服务器端的，Cookie 是存储在客户端的。
存取值的类型不同：Cookie 只支持存字符串数据，想要设置其他类型的数据，需要将其转换成字符串，Session 可以存任意数据类型。
有效期不同： Cookie 可设置为长时间保持，比如我们经常使用的默认登录功能，Session 一般失效时间较短，客户端关闭（默认情况下）或者 Session 超时都会失效。
存储大小不同： 单个 Cookie 保存的数据不能超过 4K，Session 可存储数据远高于 Cookie，但是当访问量过多，会占用过多的服务器资源。

三、Token（令牌）

3.1 Acesss Token

用途：
访问资源接口（API）时所需要的资源凭证

组成：

简单 token 的组成：uid(用户唯一的身份标识)、time(当前时间的时间戳)、sign（签名，token 的前几位以哈希算法压缩成的一定长度的十六进制字符串）

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

身份验证流程：

客户端使用用户名跟密码请求登录

服务端收到请求，去验证用户名与密码

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

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

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

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

3.2 Refresh Token

refresh token 是专用于刷新 access token 的 token。如果没有 refresh token，也可以刷新 access token，但每次刷新都要用户输入登录用户名与密码，会很麻烦。有了 refresh token，可以减少这个麻烦，客户端直接用 refresh token 去更新 access token，无需用户进行额外的操作。

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。

3.3 Token 和 Session 的区别

Session 是一种记录服务器和客户端会话状态的机制，使服务端有状态化，可以记录会话信息。而 Token 是令牌，访问资源接口（API）时所需要的资源凭证。Token 使服务端无状态化，不会存储会话信息。
Session 和 Token 并不矛盾，作为身份认证 Token 安全性比 Session 好，因为每一个请求都有签名还能防止监听以及重放攻击，而 Session 就必须依赖链路层来保障通讯安全了。如果你需要实现有状态的会话，仍然可以增加 Session 来在服务器端保存一些状态。
所谓 Session 认证只是简单的把 User 信息存储到 Session 里，因为 SessionID 的不可预测性，暂且认为是安全的。而 Token ，如果指的是 OAuth Token 或类似的机制的话，提供的是认证和授权，认证是针对用户，授权是针对 App 。其目的是让某 App 有权利访问某用户的信息。这里的 Token 是唯一的。不可以转移到其它 App上，也不可以转到其它用户上。Session 只提供一种简单的认证，即只要有此 SessionID ，即认为有此 User 的全部权利。是需要严格保密的，这个数据应该只保存在站方，不应该共享给其它网站或者第三方 App。所以简单来说：如果你的用户数据可能需要和第三方共享，或者允许第三方调用 API 接口，用 Token 。如果永远只是自己的网站，自己的 App，用什么就无所谓了。

四、JWT（JSON Web Token）

直扒阮一峰老师： JSON Web Token 入门教程

4.1 跨域认证的问题

互联网服务离不开用户认证。一般流程是下面这样。
1、用户向服务器发送用户名和密码。
2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。
3、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。
4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。
5、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

这种模式的问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。

举例来说，A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，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。

4.2 JWT 的原理

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。

4.3 JWT 的数据结构

实际的 JWT 大概就像下面这样。

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

下面依次介绍这三个部分。

4.3.1 Header

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。

4.3.2 Payload

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。

4.3.3 Signature

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。

4.3.4 Base64URL

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。

4.4 JWT 的使用方式

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。

4.5 JWT 的几个特点

（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。

参考文献： 1、developer.mozilla.org/zh-CN/docs/…