详细了解Cookie Session Token

林琳

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，尤其不用记住是谁刚刚发了HTTP请求，每个请求相对来说都是全新的。

2.但是随着交互式Web应用的兴起，像在线购物网站和需要登录的网站等就面临一个问题，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。

也就是说必须把每个人区分开，这是一个不小的挑战，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，每次大家发起HTTP请求的时候，把这个字符串给一并捎过来，这样就能区分开谁是谁了。

3.这样大家很高兴了，可是服务器就不高兴了，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。如果访问服务器多了，就得有成千上万，甚至几十万个。这对服务器来说是一个巨大的开销，严重限制了服务器扩展能力。

比如用2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没有小F的Session ID。

这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2个机器之间搬来搬去，非常累。

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。

后来尝试把这个单点的机器也集群，增加可靠性，但不管如何，这小小的Session还是一个沉重的负担。

4.于是有人提出，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，怎么验证客户端发出的Session ID的确是正确生成的呢？

如果不去验证，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。

关键点就是验证。比如说，小F已经登录了系统，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請求访问的时候，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，任何人都可以伪造，所以得想办法，让别人伪造不了。

那就对数据做一个签名吧，比如说用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不保存，当小F把这个token发过来的时候，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，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，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，那也没办法，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，就不用保存Session ID了，只是生成token，然后验证token，用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，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。这个就类似于正在和一个人交谈，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就会丢失。

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，token是多用户下处理认证的最佳方式。

以下特性会在程序中使用基于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

大部分的API和Web应用都使用token。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

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

1. 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。

2.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。

3.跨域资源共享（CORS）：当需要让数据跨多台移动设备使用时，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，就可能会出现禁止请求的情况。

4.跨站请求伪造（CSRF）：用户在访问银行网站时，很容易受到跨站请求伪造的攻击，并且容易被利用访问其他的网站。

在这些问题中，可扩展性是最突出的，因此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，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意味着程序可以根据需要去增减机器，而不用担心用户是否登录。

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.客户端储存token，并且每次用于每次发送请求

5.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请求無状态。

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。

需要注意的是，在ACAO头部标明（designating）*时，不得带有像HTTP认证，客户端SSL证书和cookie的证书。

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.客户端收到数据后保存在客户端

3.客户端每次访问API是携带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，校验失败则返回错误码。当在程序中认证了信息并取得token之后，便能通过这个token做许多的事情。

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）。

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。

如果将已验证的用户信息保存在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

但是不要着急。使用token之后这些问题都会迎刃而解，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（跨站请求伪造（CSRF）。

即使在客户端使用cookie存储token，cookie也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to- ken 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Fackbook或Twitter联系起来。

当通过服务登录Twitter（我们将这个过程称作Buffer）时，可以将这些Buffer附到Twitter的数据流上。

使用token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，可以通过建立自己的API，产生特殊权限的tokens。

多平台跨域

再来谈论一下跨域资源共享（CORS），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。

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。