Cookie、Session、Token详解

1-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，把这个字符串给一并捎过来， 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 ！如果访问服务器多了， 就得由成千上万，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

4、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。

Cookie的内容是保存一小段文本信息，这些文本信息组成一份通行证。它是客户端对于无状态协议的一种解决方案。

2.1-Cookie的原理

  1. 客户端第一次请求时，发送数据到服务器。
  2. 服务器返回响应信息的同时，还会传回一个cookie（cookie S-001）
  3. 客户端接收服务器的响应之后，浏览器会将cookie存放在一个统一的位置。
  4. 客户端再次向服务器发送请求的时候，会把Cookie S-001再次发挥服务器。

2.2-Cookie的生命周期

cookoe的生存时间是整个会话期间：浏览器会将cookie保存在内存中，浏览器关闭时自动删除这个cookie

cookie的生存时间是长久有效的：手动将cookie报存在客户端的硬盘中，浏览器关闭的话，cookie页不会清除；下次在打开浏览器访问对应网站内容，这个cookie就会自动再次发送到服务器。

2.3-Cookie面临的问题

  • CSRF(跨站请求伪造)攻击，这个也好解决，很多框架都屏蔽这个问题
  • 有的客户端不支持cookie，需要手动设置，比如小程序
  • 浏览器对cookie有限制，不能手动设置cookie，对于混合嵌套的开发有问题，比如小程序跳转H5页面，不能携带cookie
  • 浏览器对单个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

3-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。

3.1-Session的原理

  1. 服务器在处理客户端请求过程中会创建session，并且为该session生存唯一的session ID。（这个session ID在随后的请求中会被用来重新获得已经创建的session。在session被创建后，就可以调用session相关的方法向session中新增内容，这些内容只会保存在服务器中）
  2. 服务器将session ID发送到客户端
  3. 当客户端再次请求时，就会带上这个session ID
  4. 服务器接收到请求之后就会一句Session ID 找到相应的Session ，完成请求

  1. 虽然session保存在服务器，但它还是需要客户端浏览器的支持，因为session需要使用cookie作为识别标志。服务器会向客户端发送一个名为JSEDDIONID的cookie，它的值为session ID。

  2. 当cookie被禁用时，可以使用url重写的方法：将session写在URL中，服务器在进行解析

3.2-Session的生命周期

Session默认的生命周期是30分钟，可以手动设置更长或更短的时间。

3.3-Session面临的问题

  • 负载均衡多服务器的情况，不好确认当前用户是否登录，因为多服务器不共享seesion。这个问题也可以将session存在一个服务器中来解决，但是就不能完全达到负载均衡的效果。
  • 每个客户端只需存储自己的session id，但是服务端却需要存储所有用户session id，对服务器也是一个压力

4-Cookie和Session

由于http的无状态性，为了使某个域名下的所有网页能够共享某些数据，session和cookie出现了。客户端访问服务器的流程如下

  • 首先，客户端会发送一个http请求到服务器端。
  • 服务器端接受客户端请求后，建立一个session，并发送一个http响应到客户端，这个响应头，其中就包含Set-Cookie头部。该头部包含了sessionId。Set-Cookie格式如下，具体请看Cookie详解
    Set-Cookie: value[; expires=date][; domain=domain][; path=path][; secure]
  • 在客户端发起的第二次请求，假如服务器给了set-Cookie，浏览器会自动在请求头中添加cookie
  • 服务器接收请求，分解cookie，验证信息，核对成功后返回response给客户端

注意

  • cookie只是实现session的其中一种方案。虽然是最常用的，但并不是唯一的方法。禁用cookie后还有其他方法存储，比如放在url中
  • 现在大多都是Session + Cookie，但是只用session不用cookie，或是只用cookie，不用session在理论上都可以保持会话状态。可是实际中因为多种原因，一般不会单独使用
  • 用session只需要在客户端保存一个id，实际上大量数据都是保存在服务端。如果全部用cookie，数据量大的时候客户端是没有那么多空间的。
  • 如果只用cookie不用session，那么账户信息全部保存在客户端，一旦被劫持，全部信息都会泄露。并且客户端数据量变大，网络传输的数据量也会变大

cookie和session的区别

  1. 存储位置不同：session存储在服务器，cookie存储在客户端
  2. 存储容量不同：单个cookie保存数据小于等于4kb，一个站点最多保存20个cookie；session没有上限，但是由于服务器内存性能考虑，session不要存太多东西，并有删除机制
  3. 存取方式不同：cookie只能保存ASCII字符串；session能存取任何类型的数据
  4. 隐私策略不同：cookie是对客户端是可见的，可以分析存放在本地的cookie并进去cookie欺骗；session存储在服务器上，对于客户端是透明的，不存在敏感信息泄露的风险
  5. 服务器压力不同：session是保存在服务端，每隔用户都会产生一个session。加入并发访问的用户太多，会产生很多的session，对服务器是一个很大的负担，耗费大量内存。cookie保管在客户端，不占用服务器资源。对于并发用户十分多的网站，session是一个很好的选择。
  6. 浏览器的支持不同：session不支持新建窗口，只支持字窗口。而cookie都支持。假设浏览器禁用cookie，session可以通过URL重写的方法实现。COOKIE就派不上用场。

5-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，tokens 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

那些使用基于Token的身份验证的大佬们，大部分你见到过的API和Web应用都使用tokens。例如Facebook, Twitter, Google+, GitHub等。

5.1-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

我们都是知道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，已经移动端的兴起，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。

2.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. 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抓取另一个域的资源，就可以会出现禁止请求的情况。
  4. CSRF(跨站请求伪造)：用户在访问银行网站时，他们很容易受到跨站请求伪造的攻击，并且能够被利用其访问其他的网站。

在这些问题中，可扩展行是最突出的。因此我们有必要去寻求一种更有行之有效的方法。

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。

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。

需要主要的是，在ACAO头部标明(designating)*时，不得带有像HTTP认证，客户端SSL证书和cookies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。

我们甚至能基于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）

5.2-Token的原理

  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, 并且每次用每次发送请求
  5. 服务端验证Token并返回数据

5.3-Token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。

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。

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tokens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。

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: *

基于标准创建token的时候，你可以设定一些选项。我们在后续的文章中会进行更加详尽的描述，但是标准的用法会在JSON Web Tokens体现。

参考自——彻底理解cookie、session、token