摘要: Token 是在服務(wù)端產(chǎn)生的。如果前端使用用戶名/密碼向服務(wù)端請求認(rèn)證，服務(wù)端認(rèn)證成功，那么在服務(wù)端會返回 Token 給前端。前端可以在每次請求的時候帶上 Token 證明自己的合法地位
不久前，我在在前后端分離實踐中提到了基于 Token 的認(rèn)證，現(xiàn)在我們稍稍深入一些。
通常情況下，我們在討論某個技術(shù)的時候，都是從問題開始。那么第一個問題：
為什么要用 Token？
而要回答這個問題很簡單——因為它能解決問題！
可以解決哪些問題呢？
- Token 完全由應(yīng)用管理，所以它可以避開同源策略
- Token 可以避免 CSRF 攻擊(http://dwz.cn/7joLzx)
- Token 可以是無狀態(tài)的，可以在多個服務(wù)間共享
Token 是在服務(wù)端產(chǎn)生的。如果前端使用用戶名/密碼向服務(wù)端請求認(rèn)證，服務(wù)端認(rèn)證成功，那么在服務(wù)端會返回 Token 給前端。前端可以在每次請求的時候帶上 Token 證明自己的合法地位。如果這個 Token 在服務(wù)端持久化（比如存入數(shù)據(jù)庫），那它就是一個永久的身份令牌。
于是，又一個問題產(chǎn)生了：需要為 Token 設(shè)置有效期嗎？
需要設(shè)置有效期嗎？
對于這個問題，我們不妨先看兩個例子。一個例子是登錄密碼，一般要求定期改變密碼，以防止泄漏，所以密碼是有有效期的；另一個例子是安全證書。SSL 安全證書都有有效期，目的是為了解決吊銷的問題，對于這個問題的詳細(xì)情況，來看看知乎的回答(http://dwz.cn/7joMhq)。所以無論是從安全的角度考慮，還是從吊銷的角度考慮，Token 都需要設(shè)有效期。
那么有效期多長合適呢？
只能說，根據(jù)系統(tǒng)的安全需要，盡可能的短，但也不能短得離譜——想像一下手機(jī)的自動熄屏?xí)r間，如果設(shè)置為 10 秒鐘無操作自動熄屏，再次點亮需要輸入密碼，會不會瘋？如果你覺得不會，那就親自試一試，設(shè)置成可以設(shè)置的最短時間，堅持一周就好（不排除有人適應(yīng)這個時間，畢竟手機(jī)廠商也是有用戶體驗研究的）。
然后新問題產(chǎn)生了，如果用戶在正常操作的過程中，Token 過期失效了，要求用戶重新登錄……用戶體驗豈不是很糟糕？
為了解決在操作過程不能讓用戶感到 Token 失效這個問題，有一種方案是在服務(wù)器端保存 Token 狀態(tài)，用戶每次操作都會自動刷新（推遲） Token 的過期時間——Session 就是采用這種策略來保持用戶登錄狀態(tài)的。然而仍然存在這樣一個問題，在前后端分離、單頁 App 這些情況下，每秒種可能發(fā)起很多次請求，每次都去刷新過期時間會產(chǎn)生非常大的代價。如果 Token 的過期時間被持久化到數(shù)據(jù)庫或文件，代價就更大了。所以通常為了提升效率，減少消耗，會把 Token 的過期時保存在緩存或者內(nèi)存中。
還有另一種方案，使用 Refresh Token，它可以避免頻繁的讀寫操作。這種方案中，服務(wù)端不需要刷新 Token 的過期時間，一旦 Token 過期，就反饋給前端，前端使用 Refresh Token 申請一個全新 Token 繼續(xù)使用。這種方案中，服務(wù)端只需要在客戶端請求更新 Token 的時候?qū)?Refresh Token 的有效性進(jìn)行一次檢查，大大減少了更新有效期的操作，也就避免了頻繁讀寫。當(dāng)然 Refresh Token 也是有有效期的，但是這個有效期就可以長一點了，比如，以天為單位的時間。
時序圖表示
使用 Token 和 Refresh Token 的時序圖如下：
1）登錄
2）業(yè)務(wù)請求
3）Token 過期，刷新 Token
上面的時序圖中并未提到 Refresh Token 過期怎么辦。不過很顯然，Refresh Token 既然已經(jīng)過期，就該要求用戶重新登錄了。
當(dāng)然還可以把這個機(jī)制設(shè)計得更復(fù)雜一些，比如，Refresh Token 每次使用的時候，都更新它的過期時間，直到與它的創(chuàng)建時間相比，已經(jīng)超過了非常長的一段時間（比如三個月），這等于是在相當(dāng)長一段時間內(nèi)允許 Refresh Token 自動續(xù)期。
到目前為止，Token 都是有狀態(tài)的，即在服務(wù)端需要保存并記錄相關(guān)屬性。那說好的無狀態(tài)呢，怎么實現(xiàn)？
無狀態(tài) Token
如果我們把所有狀態(tài)信息都附加在 Token 上，服務(wù)器就可以不保存。但是服務(wù)端仍然需要認(rèn)證 Token 有效。不過只要服務(wù)端能確認(rèn)是自己簽發(fā)的 Token，而且其信息未被改動過，那就可以認(rèn)為 Token 有效——“簽名”可以作此保證。平時常說的簽名都存在一方簽發(fā)，另一方驗證的情況，所以要使用非對稱加密算法。但是在這里，簽發(fā)和驗證都是同一方，所以對稱加密算法就能達(dá)到要求，而對稱算法比非對稱算法要快得多（可達(dá)數(shù)十倍差距）。
更進(jìn)一步思考，對稱加密算法除了加密，還帶有還原加密內(nèi)容的功能，而這一功能在對 Token 簽名時并無必要——既然不需要解密，摘要（散列）算法就會更快。可以指定密碼的散列算法，自然是 Hmac。
上面說了這么多，還需要自己去實現(xiàn)嗎？不用！JWT 已經(jīng)定義了詳細(xì)的規(guī)范，而且有各種語言的若干實現(xiàn)。
不過在使用無狀態(tài) Token 的時候在服務(wù)端會有一些變化，服務(wù)端雖然不保存有效的 Token 了，卻需要保存未到期卻已注銷的 Token。如果一個 Token 未到期就被用戶主動注銷，那么服務(wù)器需要保存這個被注銷的 Token，以便下次收到使用這個仍在有效期內(nèi)的 Token 時判其無效。有沒有感到一點沮喪？
在前端可控的情況下（比如前端和服務(wù)端在同一個項目組內(nèi)），可以協(xié)商：前端一但注銷成功，就丟掉本地保存（比如保存在內(nèi)存、LocalStorage 等）的 Token 和 Refresh Token。基于這樣的約定，服務(wù)器就可以假設(shè)收到的 Token 一定是沒注銷的（因為注銷之后前端就不會再使用了）。
如果前端不可控的情況，仍然可以進(jìn)行上面的假設(shè)，但是這種情況下，需要盡量縮短 Token 的有效期，而且必須在用戶主動注銷的情況下讓 Refresh Token 無效。這個操作存在一定的安全漏洞，因為用戶會認(rèn)為已經(jīng)注銷了，實際上在較短的一段時間內(nèi)并沒有注銷。如果應(yīng)用設(shè)計中，這點漏洞并不會造成什么損失，那采用這種策略就是可行的。
在使用無狀態(tài) Token 的時候，有兩點需要注意：
- Refresh Token 有效時間較長，所以它應(yīng)該在服務(wù)器端有狀態(tài)，以增強(qiáng)安全性，確保用戶注銷時可控
- 應(yīng)該考慮使用二次認(rèn)證來增強(qiáng)敏感操作的安全性
到此，關(guān)于 Token 的話題似乎差不多了——然而并沒有，上面說的只是認(rèn)證服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)集成在一起的情況，如果是分離的情況呢？
分離認(rèn)證服務(wù)
當(dāng) Token 無狀態(tài)之后，單點登錄就變得容易了。前端拿到一個有效的 Token，它就可以在任何同一體系的服務(wù)上認(rèn)證通過——只要它們使用同樣的密鑰和算法來認(rèn)證 Token 的有效性。就樣這樣：
當(dāng)然，如果 Token 過期了，前端仍然需要去認(rèn)證服務(wù)更新 Token：
可見，雖然認(rèn)證和業(yè)務(wù)分離了，實際即并沒產(chǎn)生多大的差異。當(dāng)然，這是建立在認(rèn)證服務(wù)器信任業(yè)務(wù)服務(wù)器的前提下，因為認(rèn)證服務(wù)器產(chǎn)生 Token 的密鑰和業(yè)務(wù)服務(wù)器認(rèn)證 Token 的密鑰和算法相同。換句話說，業(yè)務(wù)服務(wù)器同樣可以創(chuàng)建有效的 Token。
如果業(yè)務(wù)服務(wù)器不能被信任，該怎么辦？
不受信的業(yè)務(wù)服務(wù)器
遇到不受信的業(yè)務(wù)服務(wù)器時，很容易想到的辦法是使用不同的密鑰。認(rèn)證服務(wù)器使用密鑰1簽發(fā)，業(yè)務(wù)服務(wù)器使用密鑰2驗證——這是典型非對稱加密簽名的應(yīng)用場景。認(rèn)證服務(wù)器自己使用私鑰對 Token 簽名，公開公鑰。信任這個認(rèn)證服務(wù)器的業(yè)務(wù)服務(wù)器保存公鑰，用于驗證簽名。幸好，JWT 不僅可以使用 HMAC 簽名，也可以使用 RSA（一種非對稱加密算法）簽名。
不過，當(dāng)業(yè)務(wù)服務(wù)器已經(jīng)不受信任的時候，多個業(yè)務(wù)服務(wù)器之間使用相同的 Token 對用戶來說是不安全的。因為任何一個服務(wù)器拿到 Token 都可以仿冒用戶去另一個服務(wù)器處理業(yè)務(wù)……悲劇隨時可能發(fā)生。
為了防止這種情況發(fā)生，就需要在認(rèn)證服務(wù)器產(chǎn)生 Token 的時候，把使用該 Token 的業(yè)務(wù)服務(wù)器的信息記錄在 Token 中，這樣當(dāng)另一個業(yè)務(wù)服務(wù)器拿到這個 Token 的時候，發(fā)現(xiàn)它并不是自己應(yīng)該驗證的 Token，就可以直接拒絕。
現(xiàn)在，認(rèn)證服務(wù)器不信任業(yè)務(wù)服務(wù)器，業(yè)務(wù)服務(wù)器相互也不信任，但前端是信任這些服務(wù)器的——如果前端不信任，就不會拿 Token 去請求驗證。那么為什么會信任？可能是因為這些是同一家公司或者同一個項目中提供的若干服務(wù)構(gòu)成的服務(wù)體系。
但是，前端信任不代表用戶信任。如果 Token 不沒有攜帶用戶隱私（比如姓名），那么用戶不會關(guān)心信任問題。但如果 Token 含有用戶隱私的時候，用戶得關(guān)心信任問題了。這時候認(rèn)證服務(wù)就不得不再啰嗦一些，當(dāng)用戶請求 Token 的時候，問上一句，你真的要授權(quán)給某某某業(yè)務(wù)服務(wù)嗎？而這個“某某某”，用戶怎么知道它是不是真的“某某某”呢？用戶當(dāng)然不知道，甚至認(rèn)證服務(wù)也不知道，因為公鑰已經(jīng)公開了，任何一個業(yè)務(wù)都可以聲明自己是“某某某”。
為了得到用戶的信任，認(rèn)證服務(wù)就不得不幫助用戶來甄別業(yè)務(wù)服務(wù)。所以，認(rèn)證服器決定不公開公鑰，而是要求業(yè)務(wù)服務(wù)先申請注冊并通過審核。只有通過審核的業(yè)務(wù)服務(wù)器才能得到認(rèn)證服務(wù)為它創(chuàng)建的，僅供它使用的公鑰。如果該業(yè)務(wù)服務(wù)泄漏公鑰帶來風(fēng)險，由該業(yè)務(wù)服務(wù)自行承擔(dān)。現(xiàn)在認(rèn)證服務(wù)可以清楚的告訴用戶，“某某某”服務(wù)是什么了。如果用戶還是不夠信任，認(rèn)證服務(wù)甚至可以問，某某某業(yè)務(wù)服務(wù)需要請求 A、B、C 三項個人數(shù)據(jù)，其中 A 是必須的，不然它不工作，是否允許授權(quán)？如果你授權(quán)，我就把你授權(quán)的幾項數(shù)據(jù)加密放在 Token 中……
廢話了這么多，有沒有似曾相識……對了，這類似開放式 API 的認(rèn)證過程。開發(fā)式 API 多采用 OAuth 認(rèn)證，而關(guān)于 OAuth 的探討資源非常豐富，這里就不深究了。
