14. 前后端身份认证：session 或 jwt

夏天的风抚过耳膜
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一、Web 开发模式

1. Web 开发模式

目前主流的 Web 开发模式有两种，分别是：

  1. 基于服务端渲染 的传统的 Web 开发模式
  2. 基于 前后端分离 的新型 Web 开发模式。

2. 服务端渲染 的 Web 开发模式

服务端渲染的概念：服务器 发送给客户端的 HTML 页面，是 在服务器通过字符串的拼接，动态生成的。因此，客户端不需要使用 Ajax 这样的技术额外请求页面的数据。代码如下：

app.get('/index.html', (req, res) =>{
    // 1.要渲染的数据
    const user = {name: 'zs', age: 20}
    // 2. 服务器通过字符串的拼接，动态生成 HTML 内容
    const html = `<h2>姓名：${user.name}, 年龄：${user.age}</h2>`
    // 3. 把生成好的页面内容响应给客户端，因此，客户端拿到的是带有真实数据的 HTML 页面
    res.send(html)
})

3. 服务端渲染的优缺点

优点：

  1. 前端耗时少。因为服务端负责动态生成 HTML 内容，浏览器只需要直接渲染页面即可。尤其是移动端，更省点电。

  2. 有利于 SEO。因为服务器响应的是完整的 HTML 页面内容，所以爬虫更容易获得信息，更有利于 SEO.

缺点：

  1. 占用服务器端资源。即服务器端完成 HTML 页面内容的拼接,如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力。

  2. 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务器渲染，则 无法进行分工使用，尤其对于 前端复杂度高的项目，不利于项目高效开发。

4. 前后端分离的 Web 开发模式

前后端分离的概念： 前后端分离的开发模式，依赖于 Ajax 技术的广泛应用。前后端分离的 Web 开发模式， 就是 后端只负责提供 API 接口，前端使用 Ajax 调用接口 的开发模式。

5. 前后端分离优缺点

优点：

  1. 开发体验好。前端专注于 UI 页面的开发。后端专注于 API 的开发。
  2. 用户体验好。 Ajax 技术的广泛应用，极大提高了用户的体验，可以轻松实现页面的局部刷新。
  3. 减轻了服务端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的。

缺点：

  1. 不利于 SEO。 因为完整的 HTML 页面需要在客户端动态拼接完成。所以爬虫对无法攫取页面的有效信息。（解决方案：利用 vue、react 等前端框架 的 SSR 技术能够很好的解决 SEO 问题。）

6. 如何选择 Web 开发模式

不谈业务场景而盲目选择使用何种开发械都是不对的。

  • 比如企业级网站，主要功能是展示而没有复杂的交互，并且需要良好的 SEO，这里可以使用服务器渲染
  • 而类似后台管理项目，交互性比较强，不需要考虑 SEO， 那就可以用前后端分离的开发模式。
  • 另外， 也可以两者共同使用。

二、前后端的身份认证

1. 什么是身份认证

身份认证 又称“身份验证”、“鉴权”,是指 通过一定的手段，完成对用户身份的确认。

  • 日常生活中的身份认证随处可见，例如：高铁的验票乘车、手机的密码或指纹解锁，支付宝或微信的支付密码等。
  • 在 Web 开发中，也涉及到用户身份的认证。例如：各大网站的 手机验证码登录、邮箱密码登录、二维码登录等。

2. 为什么需要身份认证

身份认证的目的， 是为了 确认当前所声称为某种身份的用户，确实是所声称的用户。例如,去找快递员取快递，你要怎么证明这份快递是你的。

在互联网项目开发中，如何对用户的身份进行认证，是一个值得探讨的问题。例如，如何才能保证网站不会错误的将两个账号的账号余额搞混。

3. 不同开发模式下的身份认证

对于 服务端渲染 和 前后端分离 这两种开发模式来说，分别有着不同的身份认证方案：

  1. 服务端渲染 推荐使用 Session 认证机制
  2. 前后端分离 推荐使用 JWT 认证机制

三、Session 认证机制

1. HTTP 协议的无状态性

了解 HTTP 协议的无状态性是进一步学习 Session 认证机制的前提。

HTTP 协议的无状态性，指的是客户端的 每次 HTTP 请求都是独立的，连续多个请求之间没有直接的关系,服务器不会主动保留 HTTP 请求的状态。

image.png

2. 如何突破 HTTP 无状态的限制

对于超市来说，为了方便收银员在进行结算时给 VIP 用户打折，超市可以为每个 VIP 用户发放会员卡。

注意：现实生活中的 会员卡身份认证方式，在 Web 开发中的 专业术语 叫 Cookie.

image.png

3. 什么是 Cookie

Cookie 是 存储在用户浏览器中的一段不超过 4KB 的字符串，它由一个 名称(Name), 一个 值 （Value）和其他几个用于控制 Cookie 有效期、安全性、使用范围 的 可选属性 组成。

不同域名下的 Cookie 各自独立，每当客户端发起请求时，会 自动把 当前域名下的 所有 未过期的 Cookie 一同发送到服务器。

Cookie的几大特性：

  1. 自动发送
  2. 域名独立
  3. 过期时限
  4. 4KB 限制

4. Cookie 在身份认证中的作用

客户端第一次请求服务器的时候，服务器 通过响应头的形式, 向客户端发送一个身份认证的 Cookie,客户端会自动将 Cookie 保存在浏览器中。

随后，当客户端浏览器每次请求服务器的时候，浏览器会 自动 将身份认证相关的 Cookie,通过请求头的形式 发送给服务器，服务器即可验明客户端的身份。

image.png

5. Cookie 不具有安全性

由于 Cookie 是存储在浏览器中的，而且 浏览器也提供了读写 Cookie 的 API，因此 Cookie 很容易被伪造，不具有安全性。因此不建议服务器将重要的隐私数据，通过 Cookie 的形式发送给浏览器。

注意：千万不要使用 Cookie 存储重要而且隐私的数据，比如用户的身份信息、密码等。

image.png

6. 提高身份认证的安全性

为了防止客户伪造会员卡，收银员在拿到客户出示的会员卡之后，可以在 收银机上进行刷卡认证。只有收银机确认存在的会员卡，才能被正常使用。

这种“会员卡 + 刷卡认证” 的设计理念，就是 Session 认证机制的精髓。

image.png

7. Session 的工作原理

image.png

四、在 EXpress 中使用 Session 认证

1. 安装 express-session 中间件

在 Express 项目中，只需要安装 express-session 中间件，即可在项目中使用 Session 认证。

npm i express-session

2. 配置 express-session 中间件

express-session 中间件安装成功后，需要通过 app.use() 来 注册 session 中间件，代码如下：

// 1. 导入 Session 中间件
const session = require('express-session');

// 2. 配置 Session 中间件
app.use(session({
    secret: 'xxl',  // secret 属性值可以为任意值
    resave: false,  // 固定写法
    saveUninitialized: true  // 固定写法
}))

3. 向 Session 中存数据

当 express-session 中间件配置成功后，即可通过 req.session 来访问和使用 session 对象，从而存储用户的关键信息：

// 保存 信息到 session
app.post('/api/login', (req, res) => {
    if(req.body.username !=='admin' && req.body.password !=='123') {
       return  res.send('登录失败')
    }

    req.session.user = req.body;    // 将用户的信息，存到 Session 中
    req.session.isLogin = true;     // 将用户登录的状态，存到 Session 中
    res.send({status: 0, msg: '登录成功'})
})

4. 从 Session 中取数据

可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据，例如:

// 从 session 中获取信息
app.get('/api/getInfo', (req, res) => {
    if(!req.session.isLogin) {
        return res.send({status: 1, msg: 'fail'})
    }
    res.send({
        status: 0,
        msg: 'success',
        username: req.session.user.username
    })
})

5. 清空 session

调用 req.session.destory() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息。

// 清空 session
app.get('/api/logout', (req, res) => {
    // 清空当前客户端对应的 session 信息
    req.session.destory()
    res.send({
        status: 0,
        msg: '退出登录成功'
    })
})

五、JWT 认证机制

1. 了解 Session 认证的局限性

Session 认证机制 需要配合 Cookie 才能实现。由于 Cookie 默认不支持跨域访问， 所以，当涉及到 前端跨域请求后端接口 的时候，需要做更多额外的配置，才能实现跨域 Session 认证。

注意：

  • 当前端请求后端接口 不存在跨域问题 的时候，推荐使用 Session 身份认证机制。
  • 当前端需要跨域请求后端接口的时候，不推荐使用 Session 身份认证机制，推荐使用JWT 认证机制。

2. 什么是 JWT

JWT 是目前 最流行 的 跨域认证解决方案。

3. JWT 的工作原理

image.png

总结：用户的信息通过 Token 字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。

4. JWT 的组成部分

JWT 通常由三部分组成，分别是 Header(头部)、Payload(有效荷载)、Signature(签名).

三者之间使用英文的 " . " 分隔，格式如下：

Header.Playload.Signature

下面是 JWT 字符串的示例

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJ1c2VybmFtZSI6ImFkbWluIiwiaWF0IjoxNjY4MDU
3NDY3LCJleHAiOjE2NjgwNTc0OTd9.wNR6-BwaUqgwNoEX5Szl7MAkRWCTFDfYANAZz0tYiwI

5. JWT 的三个部分各自代表的含义

JWT 的三个组成部分，从前到分别是 Header、Payload、Signature。

其中：

  • Payload 部分 才是真正的用户信息，它是用户信息经过加密生成的字符串。
  • Header 和 Signature 是 安全性相关 的部分，只是为了保证 Token 的安全性。 image.png

6. JWT 的使用方式

客户端收到服务器返回的 JWT 之后，通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。

此后，客户端每次与服务器通信，者都要带上这个 JWT 的字符串,从而进行身份认证。推荐的做法是 把 JWT 放在 HTTP 请求头中的 Authorization 字段中，格式如下：

Authorization: Bearer token字符串

六、在 Express 中使用 JWT

1. 安装 JWT 相关的包

如下，安装两个相关 JWT 相关的包

其中：

  • jsonwebtoken 用于 生成 JWT 字符串
  • express-jwt 用于 将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象
npm i jsonwebtoken express-jwt

2. 导入 JWT 相关的包

使用 require() 函数，分别导入 JWT 相关的两个包

// 1. 导入用于生成 JWT 字符串的包
const JWT = require('jsonwebtoken')

// 2. 导入用于将客户端发送过来的 JWT 字符串，解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

3. 定义 secret 密钥

为了 保证 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于 加密 和 解密 的 secret 密钥：

  1. 当生成 JWT 字符串的时候，需要使用 secret 密钥对用户信息 进行加密，最终得到加密好的 JWT 字符串
  2. 当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候，需要使用 secret 密钥 进行解密
// secret 密钥的本质： 就是一个字符串
const secret = 'xxl_528520'

4. 在登录成功后生成 JWT 字符串

调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，将用户的信息加密成 JWT 字符串，响应给客户端：

注意： 千万不要把 密码 加密到 token 中

// 登录判断，登录成功后，返回客户端一个 token
app.post("/api/login", (req, res) => {
  let userInfo = req.body;
  // 登录失败
  if (userInfo.username !== "admin" && userInfo.password !== "000") {
    res.send({
      status: 1,
      msg: "登录失败",
    });
  }

  // 登录成功：生成 token
  /**
   * 调用 jwt.sign()生成 JWT 字符串，通过 token 属性响应给客户端
   * jwt.sign 传 3 个 参数：用户的信息对象、secret 加密密钥、配置对象
   */
   
  // 这里的 expiresIn 表示 当前 token 过期时间
  const tokenStr = jwt.sign({username:userInfo.username}, secretKey, { expiresIn: "30s" });
  res.send({
    status: 0,
    msg: "登录成功",
    token: tokenStr,
  });
});

5. 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象

客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过 请求头中的 Authorization 字段，将 Token 字符串发送给服务器进行身份认证。

此时，服务器可以通过 express-jwt 这个中间件，自动将客户端发送发过的 Token 解析还原成 JSON 对象：

// 使用 app.use() 来注册中间件
// expressJWT({ secret: secretKey }) 就是用来解析 Token 的中间件
// .unless({ path:[/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限

app.use( expressJwt({ secret: secretKey, algorithms: ["HS256"] }).unless({  path: [/^\/api\//]}));

6. 使用 req.user 获取用户信息

当 express-jwt 这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用 req.user 对象, 来访问从 JWT 字符串中解析出来的用户信息了，如下代码:

// 得到用户信息
app.get('/admin/getInfo', (req, res) =>{
    const data = req.user;
    res.send({
        status: 0,
        msg: '获取成功',
        data,
    })
})

7. 捕获解析 JWT 失败后产生的错误

当使用 express-jwt 解析 token 字符串时， 如果客户端发送过来的 Token 字符串 过期 或 不合法，会产生一个 解析失败 的错误，影响项目的正常运行。这时可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误进行相关的处理,如下代码：

// 定义全局错误中间件，来捕获解析 jwt 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, netx) =>{
    // err.name 的值为UnauthorizedError， 说明解析 JWT 失败
    console.log(err.name,)
    res.send({
        status: err.name === 'UnauthorizedError' ? 401: 500,
        msg: err.name === 'UnauthorizedError' ? 'token 无效': '未知错误',
    })
})
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