cookie、session、token

2021年2月23日 -dawson

  1. cookie、session、token的发展史？
  2. 什么是cookie、session、token，长什么样？有什么用？
  3. cookie、session、token的优缺点？
  4. 在Java代码中怎么获取和设置cookie、session、token？
  _____                                       _  __                 _                       _               _ 
 |  __ \                                     | |/ /                | |                     (_)             | |
 | |  | | __ ___      _____  ___  _ __       | ' / ___  ___ _ __   | | ___  __ _ _ __ _ __  _ _ __   __ _  | |
 | |  | |/ _` \ \ /\ / / __|/ _ \| '_ \      |  < / _ \/ _ \ '_ \  | |/ _ \/ _` | '__| '_ \| | '_ \ / _` | | |
 | |__| | (_| |\ V  V /\__ \ (_) | | | |  _  | . \  __/  __/ |_) | | |  __/ (_| | |  | | | | | | | | (_| | |_|
 |_____/ \__,_| \_/\_/ |___/\___/|_| |_| ( ) |_|\_\___|\___| .__/  |_|\___|\__,_|_|  |_| |_|_|_| |_|\__, | (_)
                                         |/                | |                                       __/ |    
                                                           |_|                                      |___/     
          
                                        态度决定高度，细节决定成败。大刀阔斧，粗中有细。-- Live and learn。

0 发展史

(1) 很久很久以前，Web基本上就是文档的浏览而已，既然是浏览，作为服务器，不需要记录谁在某一段时间里都浏览了什么文档，每次请求都是一个新的Http协议，就是请求加响应，尤其是我不用记住是谁刚刚发了Http请求，每个请求对我来说都是全新的。这段时间很嗨皮。

(2) 但是随着交互式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，哪些人往自己的购物车中放商品，也就是说我必须把每个人区分开，这就是一个不小的挑战，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），说白了就是一个随机的字串，每个人收到的都不一样，每次大家向我发起Http请求的时候，把这个字符串一并捎过来，这样我就能区分开谁是谁了。

(3) 这样大家很嗨皮了，可是服务器就不嗨皮了，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！如果访问量大，这对服务器来说是一个巨大的开销，严重的限制了服务器扩展的能力，比如说我用两个机器组成了一个集群，dawson通过机器A登录了系统，那session id会保存在机器A上，假设dawson的下一次请求被转发到机器B上，怎么办？机器B没有dawson的session id啊。

有时候会采用一点小伎俩：session sticky，就是让dawson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，所有的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。

(4) 于是有人一直在思考，我为什么要保存这个可恶的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是不是我生成的呢？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，dawson已经登录了系统，我给他发一个令牌（token），里面包含了dawson的user id，下一次dawson再次通过Http请求访问我的时候，把这个token通过Http header带过来就行了。

不过这和session id没有本质区别啊，任何人都可以伪造，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秘钥，对数据做一个签名，把这个签名和数据一起作为token，由于秘钥别人不知道，就无法伪造token了。

这个token我不保存，当dawson把这个token给我发过来的时候，我再用同样的HMAC-SHA256算法和同样的秘钥，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dawson已经登录过了，并且可以直接取到dawson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。（或者通过解密算法，看看能否解密成功-dawson）

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。（token是用时间换空间）

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的做水平扩展，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key-value形式保存到某个目录下的文本文件内，下一次请求同一个网站时会把该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。

=-=

2 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dawson而不是rose呢？对方肯定有某种特征、长相，表明他就是dawson。

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送请求的时候，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。

(=.=) dawson：客户端访问服务器，那到底是谁访问的？客户端通过cookie来保存这个是谁，服务器通过session来保存这个是谁。两者配合使用，就很nice。

=-=

3 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，token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

大部分API和Web应用都使用token，例如Facebook、Twitter、Google、Github等。

3.1 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。

(1) 基于服务器的验证

我们知道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，以及移动端的兴起，这种验证方式逐渐暴露出了问题。尤其是在可扩展性方面。

(2) 基于服务器验证方式暴露的一些问题

  • session：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起请求时，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session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抓取一个域的资源，就可能会出现禁止请求的情况。

这些问题中，可扩展性问题是最突出的。因此我们有必要去寻求一种更行之有效的方法。

(3) 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储在服务器或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，而不用担心用户是否登录。

(4) 基于token的身份验证的过程如下：

  1. 用户通过用户名和密码发送请求。
  2. 程序验证。
  3. 程序返回一个签名的token给客户端。
  4. 客户端存储token，并且用于每次发送请求。
  5. 服务端验证token并返回数据。

每次请求都需要token，token应该在Http的头部发送从而保证了Http请求的无状态。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。

实现思路：

  1. 用户登录校验，校验成功后就返回token给客户端。
  2. 客户端接受到数据后保存在客户端。
  3. 客户端每次访问API都携带token到服务器端。
  4. 服务器端采用filter过滤器校验，校验成功则返回请求数据，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）

=-=

(5) token的优势

  • 无状态、可扩展

在客户端存储的token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，负载均衡器能够将用户信息从一个服务器传到其他服务器上。

如果我们将已经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token之后这些问题都迎刃而解，因为token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的操作。

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 revocation可以使一个特定的token或者一组有相同认证的token无效。

  • 可扩展性

  • 多平台跨域

=-=

cookie知识拓展

cookie的属性

  • Name：名称
  • Value：值
  • Domain：表示当前cookie所属于哪个域或子域下面
  • Expires/Max-age：表示cookie的有效期，是一个时间，过了这个时间，该cookie就失效了
  • Path：表示cookie的所属路径
  • Size：大小，多数浏览器都是4000字节
  • HttpOnly：表示这个cookie不能被客户端使用js读取到，是不公开的cookie
    • Chrome调试器的console中输入document.cookie将得不到标记为HttpOnly的字段
  • Secure：标记为Secure的cookie只应通过被HTTPS协议加密过的请求发送给服务端
    • 从Chrome52和Firefox52开始，不安全的站点（http）无法使用cookie的Secure标记
  • SameSite（特有的，可以忽略）

  • 浏览器允许每个域名所包含的cookie数量是多少？

多数浏览器允许最多是50个，部分浏览器是30或者20，满后会有多种剔除策略，比如LRU（Least Recently Used，最近最少使用）、权重等。

  • cookie的缺陷

cookie会被附加在每个HTTP请求中，增加了流量；

在HTTP请求中的cookie是明文传送的，所以安全性成问题，除非用HTTPS；

cookie的大小有限制，对于复杂的存储需求来说不满足；

如果cookie泄露，你猜猜会发生什么问题？

  • cookie的现状

cookie曾一度用于客户端数据的存储，因当时并没有其他合适的存储办法而作为唯一的存储手段；

现在浏览器开始支持各种各样的存储方式，cookie渐渐少用了，新的浏览器API已经允许开发者直接将数据存储到本地，比如localStorage、SessionStorage等。

参考：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Cookies

=-=

  • 获取cookie：通过HttpServletRequest的getCookies();方法可获取cookie。
@WebServlet("/get_cookie")
public class CookieServletGetter extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        Cookie[] cookies = request.getCookies();
        for (Cookie cookie : cookies) {
            System.out.println(cookie.getName());
            System.out.println(cookie.getValue());
            System.out.println(cookie.getMaxAge());
        }
    }
}

访问http://localhost:8080/get_cookie，可以在浏览器查看cookie的信息，这是服务器生成的cookie。

  • 也可以自定义cookie，通过Cookie的构造方法生成cookie。
@WebServlet("/generate_cookie")
public class CookieServletGenerator extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        Cookie cookie = new Cookie("token", "qwertyuiopasdfghjklzxcvbnm");
        cookie.setMaxAge(20);
        response.addCookie(cookie);
    }
}

=-=

session知识拓展

cookie和session都是为了弥补HTTP协议的无状态特性，对server端来说无法知道两次HTTP请求是否来自同一个用户，利用cookie和session就可以让server端知道多次HTTP请求是否来自同一用户。

(=.=) 总结

  • cookies由服务端生成，用于标记客户端的唯一标识，在每次网络请求中，都会被传送；
  • session是服务端自己维护一个map数据结构，记录key/Object上下文内容状态；
  • 总而言之，cookie是保存在客户端，session是保存在服务端，session依赖于cookie，cookie里面存储的就是JSESSIONID（sessionId，Java里面叫JSESSIONID）

(=.=) session的现状

  • session是存储在服务端的内存中，在JavaWeb里面叫HttpSession，也是一个作用域。
  • PageContext（页面） -> ServletRequest（请求） -> HttpSession（会话） -> ServletContext（应用）
  • 可以存储很多key/value，作用域比较广。因为内存是有限制的，所以也不能存储过多的内容。互联网企业使用比较少，传统IT公司使用比较多。
  • 服务端是单机情况下session是可以使用的，但是分布式（多台机器）情况下就存在不能共享的问题。
  • 用户A在当前机器登录，突然某次请求到B机器，由于B服务器不存在这个用户的登录信息，所以就会提示重新登录。这个场景就会用到分布式存储方案（比如Redis）。

=-=

  • 获取session：通过HttpServletRequest的getSession();方法可以获取session；并且可以往session里面设置key-value值。
@WebServlet("/session_servlet")
public class SessionServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        HttpSession session = request.getSession();
        // 获取`sessionid`，`java`里面叫`jsessionid`
        System.out.println(session.getId());
        // 创建时间戳-毫秒（时间戳转换工具）
        System.out.println(session.getCreationTime());
        // 是否是初次创建，记得清空浏览器的`cookie`，验证`sessionid`
        System.out.println(session.isNew());

        // 往`session`里面存东西
        session.setAttribute("dawson", "rose");
    }
}
  • 生成session方法与生成cookie类似。（省略）

=-=

扩展读物：

https://www.cnblogs.com/moyand/p/9047978.html

https://www.cnblogs.com/riches/p/11399123.html

dawson总结

2021年5月10日 --dawson

cookie和session/token都是为了弥补HTTP协议的无状态特性，对server端来说无法知道两次HTTP请求是否来自同一个用户，利用cookie和session/token就可以让服务端知道多次HTTP请求是否来自同一用户。

cookie就是浏览器存储数据的地方，比如可以存储session、token等。

cookie曾一度用于客户端数据的存储，因当时并没有其他合适的存储办法而作为唯一的存储手段；

现在浏览器开始支持各种各样的存储方式，cookie渐渐少用了，新的浏览器API已经允许开发者直接将数据存储到本地，比如Local Storage、Session Storage等。

由于cookie只是浏览器存储数据的地方，所以现在需要弄明白的是session、token了。即认证方式从这两者中选择一种。

session或token都是由服务端生成，都会存储在浏览器的cookie里，向服务端请求时都会带上session或token。

  • 区别是：

session会存储在服务端中，向服务端请求会携带上cookie中的session，然后与服务器中的session比对，来确定请求的用户。

而token不会存储在服务器中，只由客户端保存，向服务端请求携带上cookie中的token，服务端对该用户信息进行加密生成token，然后与携带的token比对，来确定请求的用户。或者对携带的token进行解密，来确定请求的用户。

posted @ 2021-05-10 15:24  ddhhdd  阅读(84)  评论(0)    收藏  举报