Token的原理及实现

小咪咪 2023-06-10 06:25 16阅读 0赞

#### 一. Token出现的背景 ####

**1.** 在早前的Web应用中，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；

**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，把这个字符串给一并捎过来， 这样我就能区分开谁是谁了；

**3.** 但是客户端只需要保存自身的session id，而服务器端则要保存所有客户端的session id ，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；Token的出现解决了这个问题，因为服务端`不需要存储Token的信息`，而是通过`CPU的计算 + 数据的加密解密再核对Token的方式`来验证用户是否合法（即HTTP请求信息有没有被篡改），让服务器内存得到释放；

**4.** session id可以被伪造，`没有采取加密的方法！！！`，一旦攻击者通过session id伪造攻击，就会给服务器带来压力甚至击垮服务器。

**5.** Token是通过`加密算法（如：HMAC-SHA256算法）`来实现`session对象验证`的，这样使得攻击者无法伪造token来达到攻击或者其他对服务器不利的行为。  
【参考：[https://www.cnblogs.com/moyand/p/9047978.html][https_www.cnblogs.com_moyand_p_9047978.html]】

**总结：** Token的作用主要是这两点：

*  节省服务器内存
 *  数据签名防伪造攻击

#### 二. Token的优势 ####

**1. 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，负载负载均衡器能够将用户信息从一个服务传到其他服务器上。如果我们将已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tokens之后这些问题都迎刃而解，因为tokens自己hold住了用户的验证信息。

**2. 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 revocataion可以使一个特定的token或是一组有相同认证的token无效`。

**3. 可扩展性**  
         `Token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大号(Fackbook或是Twitter)联系起来。当通过服务登录Twitter(我们将这个过程Buffer)时，我们可以将这些Buffer附到Twitter的数据流上(we are allowing Buffer to post to our Twitter stream)。  
        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，我们可以通过建立自己的API，得出特殊权限的tokens。

**4. 多平台跨域**  
        我们提前先来谈论一下CORS(跨域资源共享)，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。

> Having our API just serve data, we can also make the design choice to serve assets from a CDN. This eliminates the issues that CORS brings up after we set a quick header configuration for our application.

`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 ！！！`

Access-Control-Allow-Origin: *

#### 三. Token的原理 ####

**1. 实现原理**  
![Token的原理][Token]  
    **1）** 将荷载payload，以及Header信息进行Base64加密，形成密文payload密文，header密文。

**2）** 将形成的密文用句号链接起来，用服务端秘钥进行HS256加密，生成签名.

**3）** 将前面的两个密文后面用句号链接签名形成最终的token返回给服务端

说明：

（1）用户请求时携带此token（分为三部分，header密文，payload密文，签名）到服务端，服务端解析第一部分（header密文），用Base64解密，可以知道用了什么算法进行签名，此处解析发现是HS256。

（2）服务端使用原来的秘钥与密文(header密文+"."+payload密文)同样进行HS256运算，然后用生成的签名与token携带的签名进行对比，若一致说明token合法，不一致说明原文被修改。

（3）判断是否过期，客户端通过用Base64解密第二部分（payload密文），可以知道荷载中授权时间，以及有效期。通过这个与当前时间对比发现token是否过期。  
   
   
**2. 实现思路**  
![Token实现思路][Token 1]

1.  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

### 四. Token的Java实现 ###

Java中实现Token的【生成、加密、解密、验证】的途径可以用 JWT（JSON Web Token）来实现，具体的实现流程可以参考文章：**[Java实现基于token认证][Java_token]**

【参考】  
    \[1\]. [Token原理以及应用][Token 2]  
    \[2\]. [Java实现基于token认证][Java_token]  
    \[3\]. [TOKEN+MD5签名验证][TOKEN_MD5]

[https_www.cnblogs.com_moyand_p_9047978.html]: https://www.cnblogs.com/moyand/p/9047978.html
[Token]: /images/20230531/30a97d94eb464f6089da5a4dfa11978d.png
[Token 1]: /images/20230531/b34c229434eb478bb692ebf66c697871.png
[Java_token]: https://blog.csdn.net/KKKun_Joe/article/details/81878231
[Token 2]: https://blog.csdn.net/u010288264/article/details/52004169
[TOKEN_MD5]: https://www.cnblogs.com/Leo_wl/p/5982927.html