前后端分离session_前后端分离：基于JWT用户认证分析

作者：lion1ou
https://lion1ou.win/2017/01/18/

在前后端分离开发时为什么需要用户认证呢？原因是由于HTTP协定是不储存状态的(stateless)，这意味着当我们透过帐号密码验证一个使用者时，当下一个request请求时它就把刚刚的资料忘了。

于是我们的程序就不知道谁是谁，就要再验证一次。所以为了保证系统安全，我们就需要验证用户否处于登录状态。

传统方式

前后端分离通过Restful API进行数据交互时，如何验证用户的登录信息及权限。在原来的项目中，使用的是最传统也是最简单的方式，前端登录，后端根据用户信息生成一个token，并保存这个 token 和对应的用户id到数据库或Session中，接着把 token 传给用户，存入浏览器 cookie，之后浏览器请求带上这个cookie，后端根据这个cookie值来查询用户，验证是否过期。

但这样做问题就很多，如果我们的页面出现了 XSS 漏洞，由于 cookie 可以被 JavaScript 读取，XSS 漏洞会导致用户 token 泄露，而作为后端识别用户的标识，cookie 的泄露意味着用户信息不再安全。尽管我们通过转义输出内容，使用 CDN 等可以尽量避免 XSS 注入，但谁也不能保证在大型的项目中不会出现这个问题。

在设置 cookie 的时候，其实你还可以设置 httpOnly 以及 secure 项。设置 httpOnly 后 cookie 将不能被 JS 读取，浏览器会自动的把它加在请求的 header 当中，设置 secure 的话，cookie 就只允许通过 HTTPS 传输。secure 选项可以过滤掉一些使用 HTTP 协议的 XSS 注入，但并不能完全阻止。

httpOnly 选项使得 JS 不能读取到 cookie，那么 XSS 注入的问题也基本不用担心了。但设置 httpOnly 就带来了另一个问题，就是很容易的被 XSRF，即跨站请求伪造。当你浏览器开着这个页面的时候，另一个页面可以很容易的跨站请求这个页面的内容。因为 cookie 默认被发了出去。

另外，如果将验证信息保存在数据库中，后端每次都需要根据token查出用户id，这就增加了数据库的查询和存储开销。若把验证信息保存在session中，又加大了服务器端的存储压力。那我们可不可以不要服务器去查询呢？

如果我们生成token遵循一定的规律，比如我们使用对称加密算法来加密用户id形成token，那么服务端以后其实只要解密该token就可以知道用户的id是什么了。不过呢，我只是举个例子而已，要是真这么做，只要你的对称加密算法泄露了，其他人可以通过这种加密方式进行伪造token，那么所有用户信息都不再安全了。

恩，那用非对称加密算法来做呢，其实现在有个规范就是这样做的，就是我们接下来要介绍的 JWT。

Json Web Token(JWT)

JWT 是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种用于简洁，自包含的用于通信双方之间以 JSON 对象的形式安全传递信息的方法。JWT 可以使用 HMAC 算法或者是 RSA 的公钥密钥对进行签名。

它具备两个特点：

1.简洁(Compact)

可以通过URL, POST 参数或者在 HTTP header 发送，因为数据量小，传输速度快

2.自包含(Self-contained)

负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库

JWT 组成

Header 头部

头部包含了两部分，token 类型和采用的加密算法

{  "alg": "HS256",  "typ": "JWT"}

它会使用 Base64 编码组成 JWT 结构的第一部分,如果你使用Node.js，可以用Node.js的包base64url来得到这个字符串。

Base64是一种编码，也就是说，它是可以被翻译回原来的样子来的。它并不是一种加密过程。

Payload 负载

这部分就是我们存放信息的地方了，你可以把用户 ID 等信息放在这里，JWT 规范里面对这部分有进行了比较详细的介绍，常用的由 iss(签发者)，exp(过期时间)，sub(面向的用户)，aud(接收方)，iat(签发时间)。

{    "iss": "lion1ou JWT",    "iat": 1441593502,    "exp": 1441594722,    "aud": "www.example.com",    "sub": "lion1ou@163.com"}

同样的，它会使用 Base64 编码组成 JWT 结构的第二部分

Signature 签名

前面两部分都是使用 Base64 进行编码的，即前端可以解开知道里面的信息。Signature 需要使用编码后的 header 和 payload 以及我们提供的一个密钥，然后使用 header 中指定的签名算法(HS256)进行签名。签名的作用是保证 JWT 没有被篡改过。

三个部分通过.连接在一起就是我们的 JWT 了，它可能长这个样子，长度貌似和你的加密算法和私钥有关系。

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpZCI6IjU3ZmVmMTY0ZTU0YWY2NGZmYzUzZGJkNSIsInhzcmYiOiI0ZWE1YzUwOGE2NTY2ZTc2MjQwNTQzZjhmZWIwNmZkNDU3Nzc3YmUzOTU0OWM0MDE2NDM2YWZkYTY1ZDIzMzBlIiwiaWF0IjoxNDc2NDI3OTMzfQ.PA3QjeyZSUh7H0GfE0vJaKW4LjKJuC3dVLQiY4hii8s

其实到这一步可能就有人会想了，HTTP 请求总会带上 token，这样这个 token 传来传去占用不必要的带宽啊。如果你这么想了，那你可以去了解下 HTTP2，HTTP2 对头部进行了压缩，相信也解决了这个问题。

签名的目的

最后一步签名的过程，实际上是对头部以及负载内容进行签名，防止内容被窜改。如果有人对头部以及负载的内容解码之后进行修改，再进行编码，最后加上之前的签名组合形成新的JWT的话，那么服务器端会判断出新的头部和负载形成的签名和JWT附带上的签名是不一样的。如果要对新的头部和负载进行签名，在不知道服务器加密时用的密钥的话，得出来的签名也是不一样的。

信息暴露

在这里大家一定会问一个问题：Base64是一种编码，是可逆的，那么我的信息不就被暴露了吗？

是的。所以，在JWT中，不应该在负载里面加入任何敏感的数据。在上面的例子中，我们传输的是用户的User ID。这个值实际上不是什么敏感内容，一般情况下被知道也是安全的。但是像密码这样的内容就不能被放在JWT中了。如果将用户的密码放在了JWT中，那么怀有恶意的第三方通过Base64解码就能很快地知道你的密码了。

因此JWT适合用于向Web应用传递一些非敏感信息。JWT还经常用于设计用户认证和授权系统，甚至实现Web应用的单点登录。单点登录：图解JWT如何用于单点登录

JWT 使用

首先，前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。这一过程一般是一个HTTP POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输(https协议)，从而避免敏感信息被嗅探。
后端核对用户名和密码成功后，将用户的id等其他信息作为JWT Payload(负载)，将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名，形成一个JWT。形成的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。
后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage或sessionStorage上，退出登录时前端删除保存的JWT即可。
前端在每次请求时将JWT放入HTTP Header中的Authorization位。(解决XSS和XSRF问题)
后端检查是否存在，如存在验证JWT的有效性。例如，检查签名是否正确；检查Token是否过期；检查Token的接收方是否是自己(可选)。
验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作，返回相应结果。