一文徹底了解cookie、session、token

發展史

#1、很久很久以前，Web 基本上就是文件的瀏覽而已， 既然是瀏覽，作為伺服器， 不需要記錄誰在某一段時間都瀏覽了什麼文檔，每次請求都是一個新的HTTP協議， 就是請求加響應， 尤其是我不用記住是誰剛剛發了HTTP請求， 每個請求對我來說都是全新的。這段時間很嗨皮。

2、但是隨著互動式Web應用程式的興起，像線上購物網站，需要登入的網站等等，馬上就面臨一個問題，那就是要管理會話，必須記住哪些人登入系統，哪些人往自己的購物車中放商品， 也就是說我必須把每個人區分開，這就是一個不小的挑戰，因為HTTP請求是無狀態的，所以想出的辦法就是給大家發一個會話標識(session id), 說白了就是一個隨機的字符串，每個人收到的都不一樣， 每次大家向我發起HTTP請求的時候，把這個字符串給一並捎過來， 這樣我就能區分開誰是誰了

3、這樣大家很嗨皮了，可是伺服器就不嗨皮了，每個人只需要保存自己的session id，而伺服器要保存所有人的session id ！如果訪問伺服器多了， 就得有成千上萬，甚至幾十萬個。

這對伺服器說是一個巨大的開銷， 嚴重的限制了伺服器擴展能力， 例如我用兩個機器組成了一個集群， 小F透過機器A登入了系統， 那session id會保存在機器A上， 假設小F的下一個請求被轉送到機器B怎麼辦？機器B可沒有小F的 session id啊。

有時候會採用一點小伎倆： session sticky ， 就是讓小F的請求一直粘連在機器A上， 但是這也不管用， 要是機器A掛掉了， 還得轉到機器B去。

那隻要做session 的複製了， 把session id 在兩台機器之間搬來搬去， 快累死了。

後來有個叫Memcached的支了招：把session id 集中儲存到一個地方， 所有的機器都來存取這個地方的數據， 這樣一來，就不用複製了， 但是增加了單點失敗的可能性， 要是那個負責session 的機器掛了， 所有人都得重新登入一遍， 估計得被人罵死。

也試著把這個單點的機器也搞出集群，增加可靠性， 但不管如何， 這小小的session 對我來說是一個沉重的負擔。

4、於是有人就一直在思考， 我為什麼要保存這可惡的session呢， 只讓每個客戶端去保存該有多好？

可是如果不儲存這些session id , 怎麼驗證客戶端寄給我的session id 的確是我產生的呢？如果不去驗證，我們都不知道他們是不是合法登入的用戶， 那些不懷好意的傢伙們就可以偽造session id , 為所欲為。

嗯，對了，關鍵點就是驗證 ！

比如說，小F 已經登入了系統， 我給他發一個令牌(token)， 裡邊包含了小F的user id， 下一次小F 再次透過Http 請求訪問我的時候， 把這個token 透過Http header 帶過來不就可以了。

不過這和session id沒有本質差別啊， 任何人都可以可以偽造， 所以我得想點兒辦法， 讓別人偽造不了。

那就對資料做一個簽名吧， 比如說我用HMAC-SHA256 演算法，加上一個只有我才知道的金鑰， 對資料做一個簽名， 把這個簽章和資料一起當作token ，由於金鑰別人不知道， 就無法偽造token了。

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這個token 我不保存， 當小F把這個token 給我發過來的時候，我再用同樣的HMAC-SHA256 演算法和同樣的金鑰，對資料再計算一次簽名， 和token 中的簽名做個比較， 如果相同， 我就知道小F已經登入過了，並且可以直接取到小F的user id , 如果不相同， 資料部分肯定被人竄改過， 我就告訴發送者：對不起，沒有認證。

Token 中的資料是明文保存的（雖然我會用Base64做下編碼， 但那不是加密）， 還是可以被別人看到的， 所以我不能在其中保存像密碼這樣的敏感資訊。

當然， 如果一個人的token 被別人偷走了， 那我也沒辦法， 我也會認為小偷就是合法用戶， 這其實和一個人的session id 被別人偷走是一樣的。

這樣一來， 我就不保存session id 了， 我只是生成token , 然後驗證token ， 我用我的CPU計算時間獲取了我的session存儲空間 ！

解除了session id這個負擔， 可以說是無事一身輕， 我的機器集群現在可以輕鬆地做水平擴展， 用戶訪問量增大， 直接加機器就行。這種無狀態的感覺實在太好了！

Cookie

cookie 是一個非常具體的東西，指的就是瀏覽器裡面能永久儲存的一種數據，只是瀏覽器實現的一種數據儲存功能。

cookie由伺服器生成，傳送給瀏覽器，瀏覽器把cookie以kv形式儲存到某個目錄下的文字檔案內，下次要求同一網站時會把該cookie傳送給伺服器。由於cookie是存在客戶端上的，所以瀏覽器加入了一些限制確保cookie不會被惡意使用，同時不會佔據太多磁碟空間，所以每個網域的cookie數量是有限的。

Session

session 從字面上講，就是會話。這類似於你和一個人交談，你怎麼知道目前和你交談的是張三而不是李四呢？對方肯定有某種特徵（長相等）表示他就是張三。

session 也是類似的道理，伺服器要知道目前發送請求給自己的是誰。為了做這種區分，伺服器就要給每個客戶端分配不同的“身份標識”，然後客戶端每次向伺服器發送請求的時候，都帶上這個“身份標識”，伺服器就知道這個請求來自於誰了。至於客戶端怎麼保存這個“身份標識”，可以有很多種方式，對於瀏覽器客戶端，大家都默認採用 cookie 的方式。

伺服器使用session把使用者的資訊暫時保存在了伺服器上，使用者離開網站後session會被銷毀。這種使用者資訊儲存方式相對cookie來說比較安全，可是session有一個缺陷：如果web伺服器做了負載平衡，那麼下一個操作請求到了另一台伺服器的時候session會遺失。

Token

在Web領域基於Token的驗證隨處可見。在大多數使用Web API的網路公司中，tokens 是多用戶下處理認證的最佳方式。

以下幾點特性會讓你在程式中使用基於Token的身份驗證：

（1）無狀態、可擴展

（2）支援行動裝置

（3）跨程式呼叫

（4）安全性

那些使用基於Token的身份驗證的大佬們，大部分你見過的API和Web應用都使用tokens。例如Facebook, Twitter, Google , GitHub等。

Token的起源

在介紹基於Token的身份驗證的原則與優勢之前，不妨先看看之前的認證都是怎麼做的。

基於伺服器的驗證

我們都是知道HTTP協定是無狀態的，這種無狀態意味著程式需要驗證每一次請求，從而辨別客戶端的身份。

在這之前，程式都是透過在服務端儲存的登入資訊來辨別要求的。這種方式一般都是透過儲存Session來完成。

隨著Web，應用程序，已經移動端的興起，這種驗證的方式逐漸暴露出了問題。尤其是在可擴展性方面。

基於伺服器驗證方式暴露的一些問題

（1）Session：每次認證使用者發起請求時，伺服器需要去建立一個記錄來儲存資訊。當越來越多的用戶發送請求時，記憶體的開銷也會不斷增加。

（2）可擴展性：在服務端的記憶體中使用Session儲存登入訊息，伴隨而來的是可擴展性問題。

（3）CORS(跨域資源共享)：當我們需要讓資料跨多台行動裝置上使用時，跨域資源的共享會是一個令人頭痛的問題。在使用Ajax抓取另一個網域的資源，就可以會出現禁止請求的情況。

（4）CSRF(跨站請求偽造)：使用者在造訪銀行網站時，他們很容易受到跨站請求偽造的攻擊，並且能夠被利用其訪問其他的網站。

在這些問題中，可擴展性是最突出的。因此我們有必要去尋求一種更有行之有效的方法。

基於Token的驗證原理

基於Token的身份驗證是無狀態的，我們不將使用者資訊存在伺服器或Session中。

這個概念解決了在服務端儲存資訊時的許多問題：

NoSession意味著你的程式可以根據需要去增減機器，而不用去擔心使用者是否登入。

基於Token的身份驗證的過程如下：

（1）使用者透過使用者名稱和密碼發送請求。

（2）程式驗證。

（3）程式傳回一個簽署的token 給客戶端。

（4）客戶端儲存token,並且每次用於每次發送請求。

（5）服務端驗證token並傳回資料。

每一次要求都需要token。 token應該在HTTP的頭部發送從而保證了Http請求無狀態。我們同樣透過設定伺服器屬性Access-Control-Allow-Origin:* ，讓伺服器能接受到來自所有網域的請求。

要注意的是，在ACAO頭標明(designating)*時，不得附有像HTTP認證，客戶端SSL憑證和cookies的憑證。

實現想法：

（1）使用者登入校驗，校驗成功後就回傳Token給客戶端。

（2）客戶端收到資料後保存在客戶端。

（3）客戶端每次存取API時攜帶Token到伺服器端。

（4）伺服器端採用filter過濾器校驗。校驗成功則傳回請求數據，校驗失敗則傳回錯誤碼。當我們在程式中認證了資訊並取得token之後，我們便能透過這個Token做許多的事情。我們甚至能基於創建一個基於權限的token傳給第三方應用程序，這些第三方程序能夠獲取到我們的數據（當然只有在我們允許的特定的token）。

Tokens的優勢

#無狀態、可擴展

在客戶端儲存的Tokens是無狀態的，並且能夠被擴展。基於這種無狀態和不儲存Session訊息，負載負載平衡器能夠將使用者資訊從一個服務傳送到其他伺服器。

如果我們將已驗證的使用者的資訊保存在Session中，則每次請求都需要使用者向已驗證的伺服器發送驗證資訊(稱為Session親和性)。用戶量大時，可能會造成一些擁擠。

但不要急。使用tokens之後這些問題都迎刃而解，因為tokens自己hold住了使用者的驗證資訊。

安全性

請求中發送token而不再是發送cookie能夠防止CSRF(跨站請求偽造)。即使在客戶端使用cookie儲存token，cookie也只是一個儲存機製而不是用於認證。不將資訊儲存在Session中，讓我們少了對session操作。

token是有時效的，一段時間之後使用者需要重新驗證。我們也不一定需要等到token自動失效，token有撤回的操作，透過token revocataion可以使一個特定的token或是一組有相同認證的token無效。

可擴充性

tokens能夠建立與其它程式共用權限的程式。例如，能將一個隨便的社交帳號和自己的大號(Fackbook或是Twitter)連結起來。當透過服務登入Twitter(我們將這個過程Buffer)時，我們可以將這些Buffer附到Twitter的資料流上(we are allowing Buffer to post to our Twitter stream)。

使用tokens時，可以提供可選的權限給第三方應用程式。當使用者想要讓另一個應用程式存取它們的數據，我們可以透過建立自己的API，得出特殊權限的tokens。

多平台跨域

我們提前先來談論CORS(跨域資源共享)，對應用程式和服務進行擴展的時候，需要介入各種各種的設備和應用程式。

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.

#只要使用者有一個通過了驗證的token，資料和資源就能夠在任何網域上被要求到。

Access-Control-Allow-Origin: *

基於標準創建token的時候，你可以設定一些選項。我們在後續的文章中會進行更詳盡的描述，但是標準的用法會在JSON Web Tokens體現。

最近的程式和文件是供給JSON Web Tokens的。它支援眾多的語言。這意味著在未來的使用中你可以真正的轉換你的認證機制。

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