新老单点的改造——-理解Cookie、Session、Token

近期参与了新老单点的改造，一直想总结一下，发现这篇文章比较贴切。

整理了如下：

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。

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), 每个人收到的都不一样， 每次大家向我发起HTTP请求的时候，把这个会话标识一并发过来。

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。

若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。

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。

Token的起源

　　在介绍基于Token的身份验证的原理与优势之前，不妨先看看之前的认证都是怎么做的。

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，就可以会出现禁止请求的情况。•CSRF(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:

　　•用户通过用户名和密码发送请求。

　　•程序验证。

　　•程序返回一个签名的token 给客户端。

　　•客户端储存token,并且每次用于每次发送请求。

　　•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。需要主要的是，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：

　　•用户登录校验，校验成功后就返回Token给客户端。

　　•客户端收到数据后保存在客户端•客户端每次访问API是携带Token到服务器端。

　　•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。我们在后续的文章中会进行更加详尽的描述，但是标准的用法会在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。