Token详解及安全验证

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前言：

最近了解下基于 Token 的身份验证，跟大伙分享下。很多大型网站也都在用，比如 Facebook，Twitter，Google+，Github 等等，比起传统的身份验证方法，Token 扩展性更强，也更安全点，非常适合用在 Web 应用或者移动应用上。Token 的中文有人翻译成 “令牌”，我觉得挺好，意思就是，你拿着这个令牌，才能过一些关卡。

传统身份验证：

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 的身份验证

使用基于 Token 的身份验证方法，在服务端不需要存储用户的登录记录。大概的流程是这样的：

  1. 客户端使用用户名跟密码请求登录
  2. 服务端收到请求，去验证用户名与密码
  3. 验证成功后，服务端会签发一个 Token，再把这个 Token 发送给客户端
  4. 客户端收到 Token 以后可以把它存储起来，比如放在 Cookie 里或者 Local Storage 里
  5. 客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 Token
  6. 服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 Token，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据

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（头部）
  • payload（数据）
  • signature（签名）

 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：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJpc3MiOiJuaW5naGFvLm5ldCIsImV4cCI6IjE0Mzg5NTU0NDUiLCJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlfQ.SwyHTEx_RQppr97g4J5lKXtabJecpejuef8AqKYMAJc

 Header

每个 JWT token 里面都有一个 header，也就是头部数据。里面包含了使用的算法，这个 JWT 是不是带签名的或者加密的。主要就是说明一下怎么处理这个 JWT token 。

头部里包含的东西可能会根据 JWT 的类型有所变化，比如一个加密的 JWT 里面要包含使用的加密的算法。唯一在头部里面要包含的是 alg 这个属性，如果是加密的 JWT，这个属性的值就是使用的签名或者解密用的算法。如果是未加密的 JWT，这个属性的值要设置成 none。

示例：

{
  "alg": "HS256"
}

意思是这个 JWT 用的算法是 HS256。上面的内容得用 base64url 的形式编码一下，所以就变成这样：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9

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 过期时间这两个标准字段。另外还有两个自定义的字段，一个是 name ，还有一个是 admin 。

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

使用 base64url 编码以后就变成了这个样子：

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

 处理完成以后看起来像这样：

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：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.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。 

 验证 JWT

验证 JWT 的用效性，确定一下用户的 JWT 是我们自己签发的，首先要得到用户的这个 JWT Token，然后用 jwt.verify 这个方法去做一下验证。这个方法是 Node.js 的 jsonwebtoken 这个包里提供的，在其它的应用框架或者系统里，你可能会找到类似的方法来验证 JWT。

打开项目的 index.js 文件，里面添加几行代码：

// 验证 Token
jwt.verify(token, 'bad secret', (error, decoded) => {
  if (error) {
    console.log(error.message)
    return
  }
  console.log(decoded)
})

把要验证的 Token 数据，还有签发这个 Token 的时候用的那个密钥告诉 verify 这个方法，在一个回调里面有两个参数，error 表示错误，decoded 是解码之后的 Token 数据。

执行：

node ~/desktop/jwt-demo/index.js

输出：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MjkwMzQ3MzMsImV4cCI6MTUyOTEyMTEzM30.swXojmu7VimFu3BoIgAxxpmm2J05dvD0HT3yu10vuqU

invalid signature

注意输出了一个 invalid signature ，表示 Token 里的签名不对，这是因为我们组长 verify 方法提供的密钥并不是签发 Token 的时候用的那个密钥。这样修改一下：

jwt.verify(token, secret, (error, decoded) => { ...

 再次运行，会输出类似的数据：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJuYW1lIjoid2FuZ2hhbyIsImFkbWluIjp0cnVlLCJpYXQiOjE1MjkwMzUzODYsImV4cCI6MTUyOTEyMTc4Nn0.mkNrt4TfcfmP22xd3C_GQn8qnUmlB39dKT9SpIBTBGI

{ name: 'wanghao', admin: true, iat: 1529035386, exp: 1529121786 }

Web安全之token 

Token，就是令牌，最大的特点就是随机性，不可预测。一般黑客或软件无法猜测出来。

那么，Token有什么作用？又是什么原理呢？

Token一般用在两个地方:

  • 防止表单重复提交、
  • anti csrf攻击（跨站点请求伪造）。

两者在原理上都是通过session token来实现的。当客户端请求页面时，服务器会生成一个随机数Token，并且将Token放置到session当中，然后将Token发给客户端（一般通过构造hidden表单）。下次客户端提交请求时，Token会随着表单一起提交到服务器端。
然后，如果应用于“anti csrf攻击”，则服务器端会对Token值进行验证，判断是否和session中的Token值相等，若相等，则可以证明请求有效，不是伪造的。
不过，如果应用于“防止表单重复提交”，服务器端第一次验证相同过后，会将session中的Token值更新下，若用户重复提交，第二次的验证判断将失败，因为用户提交的表单中的Token没变，但服务器端session中Token已经改变了。

上面的session应用相对安全，但也叫繁琐，同时当多页面多请求时，必须采用多Token同时生成的方法，这样占用更多资源，执行效率会降低。因此，也可用cookie存储验证信息的方法来代替session Token。比如，应对“重复提交”时，当第一次提交后便把已经提交的信息写到cookie中，当第二次提交时，由于cookie已经有提交记录，因此第二次提交会失败。
不过，cookie存储有个致命弱点，如果cookie被劫持（xss攻击很容易得到用户cookie），那么又一次gameover。黑客将直接实现csrf攻击。

所以，安全和高效相对的。具体问题具体对待吧。

此外，要避免“加token但不进行校验”的情况，在session中增加了token，但服务端没有对token进行验证，根本起不到防范的作用。

还需注意的是，对数据库有改动的增删改操作，需要加token验证，对于查询操作，一定不要加token，防止攻击者通过查询操作获取token进行csrf攻击。但并不是这样攻击者就无法获得token，只是增大攻击成本而已。

名称解释：

[1] XSS 攻击：跨站脚本攻击(Cross Site Scripting)，恶意攻击者往 Web 页面里插入恶意 Script 代码，当用户浏览该页之时，嵌入其中 Web 里面的 Script 代码会被执行，从而达到恶意攻击用户的目的。

[2] CSRF 攻击：CSRF（Cross-site request forgery）跨站请求伪造，也被称为“One Click Attack”或者 Session Riding，通常缩写为 CSRF 或者 XSRF，是一种对网站的恶意利用。尽管听起来像跨站脚本（XSS），但它与 XSS 非常不同，XSS 利用站点内的信任用户，而 CSRF 则通过伪装来自受信任用户的请求来利用受信任的网站。与 XSS 攻击相比，CSRF 攻击往往不大流行（因此对其进行防范的资源也相当稀少）和难以防范，所以被认为比 XSS 更具危险性。

本文文章出处：

基于 Token 的身份验证：JSON Web Token（附：Node.js 项目） - 宁皓网 (ninghao.net)

web安全之token - 大陶陶 - 博客园 (cnblogs.com)

本图文内容来源于网友网络收集整理提供，作为学习参考使用，版权属于原作者。
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