理解session、cookie、token

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之前一直不太理解这几个概念，总听别人提起，所以查了一些资料学习一下，在此做个总结和记录，以备不时之需。。。

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。

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，把这个字符串给一并捎过来，这样我就能区分开谁是谁了。

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！如果访问服务器多了，就得有成千上万，甚至几十万个。

这对服务器说是一个巨大的开销，严重的限制了服务器扩展能力，比如说我用两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可没有小F的session id啊。

有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。

于是有人就一直在思考，我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，怎么验证客户端发给我的session id的确是我生成的呢？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，小F已经登录了系统，我给他发一个令牌(token)，里边包含了小F的user id，下一次小F再次通过Http请求访问我的时候，把这个token 通过Http header带过来不就可以了。

不过这和session id没有本质区别啊，任何人都可以可以伪造，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我不保存，当小F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，我就知道小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，我就告诉发送者：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，我只是生成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！

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 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。这个就类似于你和一个人交谈，你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（长相等）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会丢失。

Token

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

    传统身份验证的方法

    HTTP 是一种没有状态的协议，也就是它并不知道是谁是访问应用。这里我们把用户看成是客户端，客户端使用用户名还有密码通过了身份验证，不过下回这个客户端再发送请求时候，还得再验证一下。

    解决的方法就是，当用户请求登录的时候，如果没有问题，我们在服务端生成一条记录，这个记录里可以说明一下登录的用户是谁，然后把这条记录的 ID 号发送给客户端，客户端收到以后把这个 ID 号存储在 Cookie 里，下次这个用户再向服务端发送请求的时候，可以带着这个 Cookie ，这样服务端会验证一个这个 Cookie 里的信息，看看能不能在服务端这里找到对应的记录，如果可以，说明用户已经通过了身份验证，就把用户请求的数据返回给客户端。

    上面说的就是 Session，我们需要在服务端存储为登录的用户生成的 Session ，这些 Session 可能会存储在内存，磁盘，或者数据库里。我们可能需要在服务端定期的去清理过期的 Session 。

    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，而不用去担心用户是否登录。

    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。

      实现思路：

    6. 用户登录校验，校验成功后就返回Token给客户端。

    7. 客户端收到数据后保存在客户端
    8. 客户端每次访问API是携带Token到服务器端。
    9. 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

cookie和session的区别

  1. cookie数据存放在客户的浏览器上，session数据放在服务器上。
  2. cookie不是很安全，别人可以分析存放在本地的COOKIE并进行COOKIE欺骗
    考虑到安全应当使用session。

  3. session会在一定时间内保存在服务器上。当访问增多，会比较占用你服务器的性能

    考虑到减轻服务器性能方面，应当使用COOKIE。

  4. 单个cookie保存的数据不能超过4K，很多浏览器都限制一个站点最多保存20个cookie。

  5. 所以个人建议：

    将登陆信息等重要信息存放为SESSION

    其他信息如果需要保留，可以放在COOKIE中

token和session的区别

token就是令牌，比如你授权（登录）一个程序时，他就是个依据，判断你是否已经授权该软件；cookie就是写在客户端的一个txt文件，里面包括你登录信息之类的，这样你下次在登录某个网站，就会自动调用cookie自动登录用户名；session和cookie差不多，只是session是写在服务器端的文件，也需要在客户端写入cookie文件，但是文件里是你的浏览器编号。Session的状态是存储在服务器端，客户端只有session id；而Token的状态是存储在客户端。

JWT

实施 Token 验证的方法挺多的，还有一些标准方法，比如 JWT，读作：jot ，表示：JSON Web Tokens 。JWT 标准的 Token 有三个部分：

  • header
  • payload
  • signature

中间用点分隔开，并且都会使用 Base64 编码，所以真正的 Token 看起来像这样：

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eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

header 部分主要是两部分内容，一个是 Token 的类型，另一个是使用的算法，比如下面类型就是 JWT，使用的算法是 HS256。

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

上面的内容要用 Base64 的形式编码一下，所以就变成这样：

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eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

Payload

Payload 里面是 Token 的具体内容，这些内容里面有一些是标准字段，你也可以添加其它需要的内容。下面是标准字段：

  • iss：Issuer，发行者
  • sub：Subject，主题
  • aud：Audience，观众
  • exp：Expiration time，过期时间
  • nbf：Not before
  • iat：Issued at，发行时间
  • jti：JWT ID

比如下面这个 Payload ，用到了 iss 发行人，还有 exp 过期时间。另外还有两个自定义的字段，一个是 name ，还有一个是 admin 。

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{
 "iss": "ninghao.net",
 "exp": "1438955445",
 "name": "wanghao",
 "admin": true
}

使用 Base64 编码以后就变成了这个样子：

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eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ

Signature

JWT 的最后一部分是 Signature ，这部分内容有三个部分，先是用 Base64 编码的 header.payload ，再用加密算法加密一下，加密的时候要放进去一个 Secret ，这个相当于是一个密码，这个密码秘密地存储在服务端。

  • header
  • payload
  • secret
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var encodedString = base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload); 
HMACSHA256(encodedString, 'secret');

处理完成以后看起来像这样：

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SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

最后这个在服务端生成并且要发送给客户端的 Token 看起来像这样：

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eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

客户端收到这个 Token 以后把它存储下来，下回向服务端发送请求的时候就带着这个 Token 。服务端收到这个 Token ，然后进行验证，通过以后就会返回给客户端想要的资源。