作者：ssshooter

https://ssshooter.com/2021-02-21-auth/

不知不觉也写得比较长了，一次看不完建议收藏夹！本文主要解释与请求状态相关的术语（cookie、session、token）和几种常见登录的实现方式，希望大家看完本文后可以有比较清晰的理解，有感到迷惑的地方请在评论区提出。

Cookie

众所周知，http 是无状态协议，浏览器和服务器不可能凭协议的实现辨别请求的上下文。

于是 cookie 登场，既然协议本身不能分辨链接，那就在请求头部手动带着上下文信息吧。

举个例子，以前去旅游的时候，到了景区可能会需要存放行李，被大包小包压着，旅游也不开心啦。在存放行李后，服务员会给你一个牌子，上面写着你的行李放在哪个格子，离开时，你就能凭这个牌子和上面的数字成功取回行李。

cookie 做的正是这么一件事，旅客就像客户端，寄存处就像服务器，凭着写着数字的牌子，寄存处（服务器）就能分辨出不同旅客（客户端）。

你会不会想到，如果牌子被偷了怎么办，cookie 也会被偷吗？确实会，这就是一个很常被提到的网络安全问题——CSRF。

cookie 诞生初似乎是用于电商存放用户购物车一类的数据，但现在前端拥有两个 storage（local、session），两种数据库（websql、IndexedDB），根本不愁信息存放问题，所以现在基本上 100% 都是在连接上证明客户端的身份。例如登录之后，服务器给你一个标志，就存在 cookie 里，之后再连接时，都会自动带上 cookie，服务器便分清谁是谁。另外，cookie 还可以用于跟踪一个用户，这就产生了隐私问题，于是也就有了“禁用 cookie”这个选项（然而现在这个时代禁用 cookie 是挺麻烦的事情）。

设置方式

现实世界的例子明白了，在计算机中怎么才能设置 cookie 呢？一般来说，安全起见，cookie 都是依靠 set-cookie 头设置，且不允许 JavaScript 设置。

Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Expires=<date>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Max-Age=<non-zero-digit>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Domain=<domain-value>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Path=<path-value>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Secure
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; HttpOnly

Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; SameSite=Strict
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; SameSite=Lax
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; SameSite=None; Secure

// Multiple attributes are also possible, for example:
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Domain=<domain-value>; Secure; HttpOnly

其中 <cookie-name>=<cookie-value> 这样的 kv 对，内容随你定，另外还有 HttpOnly、SameSite 等配置，一条 Set-Cookie 只配置一项 cookie。

• Expires 设置 cookie 的过期时间（时间戳），这个时间是客户端时间。
• Max-Age 设置 cookie 的保留时长（秒数），同时存在 Expires 和 Max-Age 的话，Max-Age 优先
• Domain 设置生效的域名，默认就是当前域名，不包含子域名
• Path 设置生效路径，/ 全匹配
• Secure 设置 cookie 只在 https 下发送，防止中间人攻击
• HttpOnly 设置禁止 JavaScript 访问 cookie，防止XSS
• SameSite 设置跨域时不携带 cookie，防止CSRF

Secure 和 HttpOnly 是强烈建议开启的。SameSite 选项需要根据实际情况讨论，因为 SameSite 可能会导致即使你用 CORS 解决了跨越问题，依然会因为请求没自带 cookie 引起一系列问题，一开始还以为是 axios 配置问题，绕了一大圈，然而根本没关系。

其实因为 Chrome 在某一次更新后把没设置 SameSite 默认为 Lax，你不在服务器手动把 SameSite 设置为 None 就不会自动带 cookie 了。

发送方式

参考 MDN，cookie 的发送格式如下（其中 PHPSESSID 相关内容下面会提到）：

Cookie: <cookie-list>
Cookie: name=value
Cookie: name=value; name2=value2; name3=value3

Cookie: PHPSESSID=298zf09hf012fh2; csrftoken=u32t4o3tb3gg43; _gat=1

在发送 cookie 时，并不会把上面提到的 Expires 等配置传到服务器，因为服务器在设置后就不需要关心这些信息了，只要现代浏览器运作正常，收到的 cookie 就是没问题的。

Session

从 cookie 说到 session，是因为 session 才是真正的“信息”，如上面提到的，cookie 是容器，里面装着 PHPSESSID=298zf09hf012fh2;，这就是一个 session ID。

不知道 session 和 session id 会不会让你看得有点头晕？

当初 session 的存在就是要为客户端和服务器连接提供的信息，所以我将 session 理解为信息，而 session id 是获取信息的钥匙，通常是一串唯一的哈希码。

接下来分析两个 node.js express 的中间件，理解两种 session 的实现方式。

session 信息可以储存在客户端，如 cookie-session，也可以储存在服务器，如 express-session。使用 session ID 就是把 session 放在服务器里，用 cookie 里的 id 寻找服务器的信息。

客户端储存

对于 cookie-session 库，比较容易理解，其实就是把所有信息加密后塞到 cookie 里。其中涉及到 cookies 库。在设置 session 时其实就是调用 cookies.set，把信息写到 set-cookie 里，再返回浏览器。换言之，取值和赋值的本质都是操作 cookie。

浏览器在接收到 set-cookie 头后，会把信息写到 cookie 里。在下次发送请求时，信息又通过 cookie 原样带回来，所以服务器什么东西都不用存，只负责获取和处理 cookie 里的信息，这种实现方法不需要 session ID。

这是一段使用 cookie-session 中间件为请求添加 cookie 的代码：

const express = require('express')
var cookieSession = require('cookie-session')
const app = express()
app.use(
  cookieSession({
    name: 'session',
    keys: [
      /* secret keys */
      'key',
    ],
    // Cookie Options
    maxAge: 24 * 60 * 60 * 1000, // 24 hours
  })
)
app.get('/', function(req, res) {
  req.session.test = 'hey'
  res.json({
    wow: 'crazy',
  })
})

app.listen(3001)

在通过 app.use(cookieSession()) 使用中间件之前，请求是不会设置 cookie 的，添加后再访问（并且在设置 req.session 后，若不添加 session 信息就没必要、也没内容写到 cookie 里），就能看到服务器响应头部新增了下面两行，分别写入 session 和 session.sig：

Set-Cookie: session=eyJ0ZXN0IjoiaGV5In0=; path=/; expires=Tue, 23 Feb 2021 01:07:05 GMT; httponly
Set-Cookie: session.sig=QBoXofGvnXbVoA8dDmfD-GMMM6E; path=/; expires=Tue, 23 Feb 2021 01:07:05 GMT; httponly

然后你就能在 DevTools 的 Application 标签看到 cookie 成功写入。session 的值 eyJ0ZXN0IjoiaGV5In0= 通过 base64 解码即可得到 {"test":"hey"}，这就是所谓的“将 session 信息放到客户端”，因为 base64 编码并不是加密，这就跟明文传输没啥区别，所以请不要在客户端 session 里放用户密码之类的机密信息。

即使现代浏览器和服务器做了一些约定，例如使用 https、跨域限制、还有上面提到 cookie 的 httponly 和 sameSite 配置等，保障了 cookie 安全。但是想想，传输安全保障了，如果有人偷看你电脑里的 cookie，密码又恰好存在 cookie，那就能无声无息地偷走密码。相反的，只放其他信息或是仅仅证明“已登录”标志的话，只要退出一次，这个 cookie 就失效了，算是降低了潜在危险。

说回第二个值 session.sig，它是一个 27 字节的 SHA1 签名，用以校验 session 是否被篡改，是 cookie 安全的又一层保障。

服务器储存

既然要储存在服务器，那么 express-session 就需要一个容器 store，它可以是内存、redis、mongoDB 等等等等，内存应该是最快的，但是重启程序就没了，redis 可以作为备选，用数据库存 session 的场景感觉不多。

express-session 的源码没 cookie-session 那么简明易懂，里面有一个有点绕的问题，req.session 到底是怎么插入的？

不关注实现可以跳过下面几行，有兴趣的话可以跟着思路看看 express-session 的源码：

我们可以从 .session = 这个关键词开始找，找到：

• store.generate 否决这个，容易看出这个是初始化使用的
• Store.prototype.createSession 这个是根据 req 和 sess 参数在 req 中设置 session 属性，没错，就是你了

于是全局搜索 createSession，锁定 index 里的 inflate（就是填充的意思）函数。

最后寻找 inflate 的调用点，是使用 sessionID 为参数的 store.get 的回调函数，一切说得通啦——

在监测到客户端送来的 cookie 之后，可以从 cookie 获取 sessionID，再使用 id 在 store 中获取 session 信息，挂到 req.session 上，经过这个中间件，你就能顺利地使用 req 中的 session。

那赋值怎么办呢？这就和上面储存在客户端不同了，上面要修改客户端 cookie 信息，但是对于储存在服务器的情况，你修改了 session 那就是“实实在在地修改”了嘛，不用其他花里胡哨的方法，内存中的信息就是修改了，下次获取内存里的对应信息也是修改后的信息。（仅限于内存的实现方式，使用数据库时仍需要额外的写入）

在请求没有 session id 的情况下，通过 store.generate 创建新的 session，在你写 session 的时候，cookie 可以不改变，只要根据原来的 cookie 访问内存里的 session 信息就可以了。

var express = require('express')
var parseurl = require('parseurl')
var session = require('express-session')

var app = express()

app.use(
  session({
    secret: 'keyboard cat',
    resave: false,
    saveUninitialized: true,
  })
)

app.use(function(req, res, next) {
  if (!req.session.views) {
    req.session.views = {}
  }

  // get the url pathname
  var pathname = parseurl(req).pathname

  // count the views
  req.session.views[pathname] = (req.session.views[pathname] || 0) + 1

  next()
})

app.get('/foo', function(req, res, next) {
  res.json({
    session: req.session,
  })
})

app.get('/bar', function(req, res, next) {
  res.send('you viewed this page ' + req.session.views['/bar'] + ' times')
})

app.listen(3001)

两种储存方式的对比

首先还是计算机世界最重要的哲学问题：时间和空间的抉择。

储存在客户端的情况，解放了服务器存放 session 的内存，但是每次都带上一堆 base64 处理的 session 信息，如果量大的话传输就会很缓慢。

储存在服务器相反，用服务器的内存拯救了带宽。

另外，在退出登录的实现和结果，也是有区别的。

储存在服务器的情况就很简单，如果 req.session.isLogin = true 是登录，那么 req.session.isLogin = false 就是退出。

但是状态存放在客户端要做到真正的“即时退出登录”就很困难了。你可以在 session 信息里加上过期日期，也可以直接依靠 cookie 的过期日期，过期之后，就当是退出了。

但是如果你不想等到 session 过期，现在就想退出登录！怎么办？认真想想你会发现，仅仅依靠客户端储存的 session 信息真的没有办法做到。

即使你通过 req.session = null 删掉客户端 cookie，那也只是删掉了，但是如果有人曾经把 cookie 复制出来了，那他手上的 cookie 直到 session 信息里的过期时间前，都是有效的。

说“即时退出登录”有点标题党的意味，其实我想表达的是，你没办法立即废除一个 session，这可能会造成一些隐患。

Token

session 说完了，那么出现频率超高的关键字 token 又是什么？

不妨谷歌搜一下 token 这个词，可以看到冒出来几个（年纪大的人）比较熟悉的图片：密码器。过去网上银行不是只要短信认证就能转账，还要经过一个密码器，上面显示着一个变动的密码，在转账时你需要输入密码器中的代码才能转账，这就是 token 现实世界中的例子。凭借一串码或是一个数字证明自己身份，这事情不就和上面提到的行李问题还是一样的吗……

**其实本质上 token 的功能就是和 session id 一模一样。**你把 session id 说成 session token 也没什么问题（Wikipedia 里就写了这个别名）。

其中的区别在于，session id 一般存在 cookie 里，自动带上；token 一般是要你主动放在请求中，例如设置请求头的 Authorization 为 bearer:<access_token>。

然而上面说的都是一般情况，根本没有明确规定！

剧透一下，下面要讲的 JWT（JSON Web Token）！他是一个 token！但是里面放着 session 信息！放在客户端，并且可以随你选择放在 cookie 或是手动添加在 Authorization！但是他就叫 token！

所以，个人觉得你不能通过存放的位置判断是 token 或是 session id，也不能通过内容判断是 token 或是 session 信息，session、session id 以及 token 都是很意识流的东西，只要你明白他是什么、怎么用就好了，怎么称呼不太重要。

另外在搜索资料时也看到有些文章说 session 和 token 的区别就是新旧技术的区别，好像有点道理。

在 session 的 Wikipedia 页面上 HTTP session token 这一栏，举例都是 JSESSIONID (JSP)、PHPSESSID (PHP)、CGISESSID (CGI)、ASPSESSIONID (ASP) 等比较传统的技术，就像 SESSIONID 是他们的代名词一般；而在研究现在各种平台的 API 接口和 OAuth2.0 登录时，都是使用 access token 这样的字眼，这个区别着实有点意思。

理解 session 和 token 的联系之后，可以在哪里能看到“活的” token 呢？

打开 GitHub 进入设置，找到 Settings / Developer settings，可以看到 Personal access tokens 选项，生成新的 token 后，你就可以带着它通过 GitHub API，证明“你就是你”。

在 OAuth 系统中也使用了 Access token 这个关键词，写过微信登录的朋友应该都能感受到 token 是个什么啦。

Token 在权限证明上真的很重要，不可泄漏，谁拿到 token，谁就是“主人”。所以要做一个 Token 系统，刷新或删除 Token 是必须要的，这样在尽快弥补 token 泄漏的问题。

在理解了三个关键字和两种储存方式之后，下面我们正式开始说“用户登录”相关的知识和两种登录规范——JWT 和 OAuth2.0。

接着你可能会频繁见到 Authentication 和 Authorization 这两个单词，它们都是 Auth 开头，但可不是一个意思，简单来说前者是验证，后者是授权。在编写登录系统时，要先验证用户身份，设置登录状态，给用户发送 token 就是授权。

JWT

全称 JSON Web Token（RFC 7519），是的，JWT 就是一个 token。为了方便理解，提前告诉大家，JWT 用的是上面客户端储存的方式，所以这部分可能会经常用到上面提到的名称。

结构

虽说 JWT 就是客户端储存 session 信息的一种，但是 JWT 有着自己的结构：Header.Payload.Signature（分为三个部分，用 . 隔开）

Header

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

typ 说明 token 类型是 JWT，alg 代表签名算法，HMAC、SHA256、RSA 等。然后将其 base64 编码。

Payload

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

Payload 是放置 session 信息的位置，最后也要将这些信息进行 base64 编码，结果就和上面客户端储存的 session 信息差不多。

不过 JWT 有一些约定好的属性，被称为 Registered claims，包括：

• 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

Signature

最后一部分是签名，和上面提到的 session.sig 一样是用于防止篡改，不过 JWT 把签名和内容组合到一起罢了。

JWT 签名的生成算法是这样的：

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

使用 Header 里 alg 的算法和自己设定的密钥 secret 编码 base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload)

最后将三部分通过 . 组合在一起，你可以通过 jwt.io Debugger 形象地看到 JWT 的组成原理：

如何使用

在验证用户，顺利登录后，会给用户返回 JWT。因为 JWT 的信息没有加密，所以别往里面放密码，详细原因在客户端储存的 cookie 中提到。

用户访问需要授权的连接时，可以把 token 放在 cookie，也可以在请求头带上 Authorization: Bearer <token>。（手动放在请求头不受 CORS 限制，不怕 CSRF）

这样可以用于自家登录，也可以用于第三方登录。单点登录也是 JWT 的常用领域。

JWT 也因为信息储存在客户端造成无法让自己失效的问题，这算是 JWT 的一个缺点。

HTTP authentication

HTTP authentication 是一种标准化的校验方式，不会使用 cookie 和 session 相关技术。请求头带有 Authorization: Basic <credentials> 格式的授权字段。

其中 credentials 就是 Base64 编码的用户名 + : + 密码（或 token），以后看到 Basic authentication，意识到就是每次请求都带上用户名密码就好了。

Basic authentication 大概比较适合 serverless，毕竟他没有运行着的内存，无法记录 session，直接每次都带上验证就完事了。

OAuth 2.0

OAuth 2.0（RFC 6749）也是用 token 授权的一种协议，它的特点是你可以在有限范围内使用别家接口，也可以借此使用别家的登录系统登录自家应用，也就是第三方应用登录。（注意啦注意啦，OAuth 2.0 授权流程说不定面试会考哦！）

既然是第三方登录，那除了应用本身，必定存在第三方登录服务器。在 OAuth 2.0 中涉及三个角色：用户、应用提供方、登录平台，相互调用关系如下：

     +--------+                               +---------------+
     |        |--(A)- Authorization Request ->|   Resource    |
     |        |                               |     Owner     |
     |        |<-(B)-- Authorization Grant ---|               |
     |        |                               +---------------+
     |        |
     |        |                               +---------------+
     |        |--(C)-- Authorization Grant -->| Authorization |
     | Client |                               |     Server    |
     |        |<-(D)----- Access Token -------|               |
     |        |                               +---------------+
     |        |
     |        |                               +---------------+
     |        |--(E)----- Access Token ------>|    Resource   |
     |        |                               |     Server    |
     |        |<-(F)--- Protected Resource ---|               |
     +--------+                               +---------------+

很多大公司都提供 OAuth 2.0 第三方登录，这里就拿小聋哥的微信举例吧——

准备

一般来说，应用提供方需要先在登录平台申请好 AppID 和 AppSecret。（微信使用这个名称，其他平台也差不多，一个 ID 和一个 Secret）

获取 code

什么是授权临时票据（code）？答：第三方通过 code 进行获取 access_token 的时候需要用到，code 的超时时间为 10 分钟，一个 code 只能成功换取一次 access_token 即失效。code 的临时性和一次保障了微信授权登录的安全性。第三方可通过使用 https 和 state 参数，进一步加强自身授权登录的安全性。

在这一步中，用户先在登录平台进行身份校验。

https://open.weixin.qq.com/connect/qrconnect?
appid=APPID&
redirect_uri=REDIRECT_URI&
response_type=code&
scope=SCOPE&
state=STATE
#wechat_redirect

注意一下 scope 是 OAuth2.0 权限控制的特点，定义了这个 code 换取的 token 可以用于什么接口。

正确配置参数后，打开这个页面看到的是授权页面，在用户授权成功后，登录平台会带着 code 跳转到应用提供方指定的 redirect_uri：

redirect_uri?code=CODE&state=STATE

授权失败时，跳转到

redirect_uri?state=STATE

也就是失败时没 code。

获取 token

在跳转到重定向 URI 之后，应用提供方的后台需要使用微信给你的code获取 token，同时，你也可以用传回来的 state 进行来源校验。

要获取 token，传入正确参数访问这个接口：

https://api.weixin.qq.com/sns/oauth2/access_token?
appid=APPID&
secret=SECRET&
code=CODE&
grant_type=authorization_code

正确的返回：

{
  "access_token": "ACCESS_TOKEN",
  "expires_in": 7200,
  "refresh_token": "REFRESH_TOKEN",
  "openid": "OPENID",
  "scope": "SCOPE",
  "unionid": "o6_bmasdasdsad6_2sgVt7hMZOPfL"
}

得到 token 之后你就可以根据之前申请 code 填写的 scope 调用接口了。

使用 token 调用微信接口

例如获取个人信息就是 GET https://api.weixin.qq.com/sns/userinfo?access\_token=ACCESS\_TOKEN&openid=OPENID&lang=zh\_CN

注意啦，在微信 OAuth 2.0，access_token 使用 query 传输，而不是上面提到的 Authorization。

使用 Authorization 的例子，如 GitHub 的授权，前面的步骤基本一致，在获取 token 后，这样请求接口：

curl -H "Authorization: token OAUTH-TOKEN" https://api.github.com

说回微信的 userinfo 接口，返回的数据格式如下：

{
  "openid": "OPENID",
  "nickname": "NICKNAME",
  "sex": 1,
  "province":"PROVINCE",
  "city":"CITY",
  "country":"COUNTRY",
  "headimgurl":"https://thirdwx.qlogo.cn/mmopen/g3MonUZtNHkdmzicIlibx6iaFqAc56vxLSUfpb6n5WKSYVY0ChQKkiaJSgQ1dZuTOgvLLrhJbERQQ4eMsv84eavHiaiceqxibJxCfHe/46",
  "privilege":[ "PRIVILEGE1" "PRIVILEGE2" ],
  "unionid": "o6_bmasdasdsad6_2sgVt7hMZOPfL"
}

后续使用

在使用 token 获取用户个人信息后，你可以接着用 userinfo 接口返回的 openid，结合 session 技术实现在自己服务器登录。

// 登录
req.session.id = openid
if (req.session.id) {
  //   已登录
} else {
  //   未登录
}
// 退出
req.session.id = null
// 清除 session

总结一下 OAuth2.0 的流程和重点：

• 为你的应用申请 ID 和 Secret
• 准备好重定向接口
• 正确传参获取 code <- 重要
• code 传入你的重定向接口
• 在重定向接口中使用 code 获取 token <- 重要
• 传入 token 使用微信接口

OAuth2.0 着重于第三方登录和权限限制。而且 OAuth2.0 不止微信使用的这一种授权方式，其他方式可以看阮老师的OAuth 2.0 的四种方式。

其他方法

JWT 和 OAuth2.0 都是成体系的鉴权方法，不代表登录系统就一定要这么复杂。

简单登录系统其实就以上面两种 session 储存方式为基础就能做到。

1. 使用服务器储存 session 为基础，可以用类似 req.session.isLogin = true 的方法标志该 session 的状态为已登录。
2. 使用客户端储存 session 为基础，设置 session 的过期日期和登录人就基本能用了。

{
  "exp": 1614088104313,
  "usr": "admin"
}

（就是和 JWT 原理基本一样，不过没有一套体系）

1. 甚至你可以使用上面的知识自己写一个 express 的登录系统：
2. 初始化一个 store，内存、redis、数据库都可以
3. 在用户身份验证成功后，随机生成一串哈希码作为 token
4. 用 set-cookie 写到客户端
5. 再在服务器写入登录状态，以内存为例就是在 store 中添加哈希码作为属性
6. 下次请求带着 cookie 的话检查 cookie 带来的 token 是否已经写入 store 中即可

let store = {}

// 登录成功后
store[HASH] = true
cookie.set('token', HASH)

// 需要鉴权的请求钟
const hash = cookie.get('token')
if (store[hash]) {
  // 已登录
} else {
  // 未登录
}

// 退出
const hash = cookie.get('token')
delete store[hash]

总结

以下列出本文重点：

• cookie 是储存 session/session id/token 的容器
• cookie 设置一般通过 set-cookie 请求头设置
• session 信息可以存放在浏览器，也可以存放在服务器
• session 存放在服务器时，以 session id 为钥匙获取信息
• token/session/session id 三者的界限是模糊的
• 一般新技术使用 token，传统技术使用 session id
• cookie/token/session/session id 都是用于鉴权的实用技术
• JWT 是浏览器储存 session 的一种
• JWT 常用于单点登录（SSO）
• OAuth2.0 的 token 不是由应用端颁发，存在另外的授权服务器
• OAuth2.0 常用于第三方应用登录

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