Cookie、Session、Token

一、發展史

1、最初、Web基本上就是文檔的瀏覽而已，既然是瀏覽，作為服務器，不需要記錄誰在某一段時間里都瀏覽了什么文檔，每次請求都是一個新的HTTP協議，就是請求加相應，尤其是我不用記住是誰剛剛發了HTTP請求，每個請求對我來說都是全新的。
2、但是隨着交互式Web應用的興起，像在線購物網站，需要登錄的網站等等，馬上就面臨一個問題，那就是要管理回話，必須記住哪些人登錄系統，那些人往自己的購物車中放商品，也就是說必須把每個人區分開，這就是一個不小的挑戰，因為HTTP請求是無狀態，所以想出辦法就是給大家發一個回話標識(session id)，說白了就是一個隨機的字串，每個人收到的都不一樣，每次大家向我發起HTTP請求的時候，把這個字符串一並捎來，這樣就能區分開誰是誰了
3、每個人只需要保存自己的session id，而服務器要保存所有人的session id!如果訪問服務器多了，就得成千上萬，甚至幾十萬個。
這對服務器說是一個巨大的開銷，嚴重的限制了服務器的擴展能力，比如說我用兩個服務器組成了一個集群，小F通過機器A登錄了系統，那session id會保存在機器A上，假設小F的下一次請求被轉發到機器B怎么辦？機器B可沒有小F的session id。
有時候會采用下小伎倆：session sticky，就是讓小F的請求一直粘連在機器上，但是這也不管用，要是機器A掛掉了，還得轉到機器B去。那只好做session的復制了，把session id在兩個機器之間搬來搬去，快累死了。

后來有個叫memcached的支了招：把session id集中存儲到一個地方，所有的機器都來訪問這個地方的數據，這樣以來，就不用復制了，但是增加了單點失敗的可能性，要是負責session的機器掛了，所有人都得重新登錄一遍。

也嘗試把這個單點的機器也搞出集群，增加可靠性，但不管如何，這小小的session對我來說是一個沉重的負擔
4、於是有人就思考，我為什么要保存sessions呢，只讓每個客戶端去保存session多好？
    可是如果不保存這些sessions id，怎么驗證客戶端發給我的sessiond id的確實是我生成的呢？如果不去驗證，我們都不知道他們是不是合法登錄的用戶，那么不懷好意的家伙們就可以偽造session id，為所欲為了。
嗯，對了，關鍵點就是驗證！
比如說，小F已經登錄了系統，我給他發一個令牌(token),里面包含了小F的user id，下一次小F再次通過HTTP請求訪問我的時候，把這個token通過HTTP header帶過來不就可以了。
不過這和session id沒有本質的區別啊，任何人都可以偽造，所以我得想點辦法，讓別人偽造不了。
那就對數據做一個簽名吧，比如說我用HMAC-SHA256算法，加上一個只有我才知道的密鑰，對數據做一個簽名，把這個簽名和數據一起作為token，由於密碼別人不知道，就無法偽造token了。

這個token我不保存，當小F把這個token給我發過來的時候，我再用同樣的HMAC-SHA256算法和同樣的密鑰，對數據再計算一次簽名，和token中的簽名做個比較，如果相同，我就知道小F已經登錄過了，並且可以直接取到小F的user id，如果不相同，數據部分肯定被人篡改過，我就告訴發送者：對不起，沒有認證。

Token中的數據是明文保存的(雖然我會用Base64做下編碼，但那不是加密)，還是可以被別人看到的，所以我不能在其中保存密碼這樣的敏感信息。
當然，如果一個人的token被別人偷走了，那我也沒有辦法，我也會認為小偷就是合法用戶，這其實和一個人的sessions id被別人偷走是一樣的。
這樣以來，我就不保存session id了，我只是生成token，然后驗證token，我用我的CPU計算時間獲取了我的session存儲空間！
解除了session id這個負擔，可以說是無事一身輕，我的機器集群現在可以輕松地做水平擴展，用戶訪問量增大，直接加機器就行。這種無狀態的感覺實在是太好了！

二、Cookie

cookie是一個非常具體的東西，指的就是瀏覽器里面能永久存儲的一種數據，僅僅是瀏覽器實現的一種數據存儲功能。
cookie由服務器生存，發送給瀏覽器，瀏覽器把cookie以kv形式保存到某個目錄下的文本文件內，下一次請求同一網站時會把該cookie發送給服務器。由於cookie是存在客戶端上的，所以瀏覽器加入了一些限制確保cookie不會被惡意使用，同時不會占據太對磁盤空間，所以每個域的cookie數量是有限的。

三、Session

session從字面上講，就是會話。這個就類似於你和一個人交談，你怎么知道當前和你交談的是張三而不是李四呢？對方肯定有某種特征(長相等)表明他就是張三。
session也是類似的道理，服務器要知道當前發請求給自己的是誰。為了做這種區分，服務器就要給每個客戶端分配不同的“身份標識”，然后客戶端每次向服務器發請求的時候，都帶上這個“身份標識”，服務器就知道這個請求來自於誰了。至於客戶端怎么保存這個“身份標識”，可以有很多種方法，對於瀏覽器客戶端，大家都知道默認采用cookie的方式。
服務器使用session把用戶的信息臨時保存在了服務器上，用戶離開網站后session會被銷毀。這種用戶信息存儲方式相對於cookie來說更安全，可是session有一個缺陷：如果web服務器做了負載均衡，那么下一個操作請求到了另一個服務器的時候session會丟失。

四、Token

在Web領域基於Token的身份驗證隨處可見。在大多數使用Web API的互聯網公司中，tokens是多用戶下處理認證的最佳方式。

以下幾點特性會讓你在程序中使用基於Token的身份驗證

1. 無狀態、可擴展
2. 支持移動設備
3. 跨程序調用
4. 安全

Token的起源

在介紹基於Token的身份驗證的原理及優勢之前，不妨先看看之前的認證都是怎么做的。

• 基於服務器的驗證

我們都知道HTTP協議是無狀態的，這種無狀態意味着程序需要驗證每一次請求，從而辨別客戶端的身份。在這之前，程序都是通過在服務端存儲的額登錄信息來辨別請求的。這中方式一般都是通過存儲session來完成的。
下圖展示了基於服務器驗證的原理。

隨着web應用程序，已經移動端的興起，這種驗證的方式逐漸暴露出了問題。尤其是在可擴展性方面。

基於服務器驗證方式暴露的一些問題

1. Session：每次認證用戶發起請求時，服務器需要去創建一個記錄來存儲信息。當越來越多的用戶發起請求時，內存的開銷也會不斷增加。
2. 可擴展性：在服務器的內存中使用Session存儲登錄信息，伴隨而來的是可擴展性問題。
3. CORS(跨域資源共享)：當我們需要讓數據跨多台移動設備上使用時，跨域資源的共享會是一個讓人頭疼的問題。在使用Ajax抓取另一個域的資源，就可以會出現禁止請求的情況。
4. CSRF(跨站請求偽造)：用戶在訪問銀行網站時，他們很容易受到跨站請求偽造的攻擊，並且能夠被利用其訪問其他的網站。

在這些問題中，可擴展性是最突出的。因此我們有必要去尋求一種更有性之有效的方法。

基於Token的驗證原理

基於Token的身份驗證是無狀態的，我們不將用戶信息存在服務器或Session中。

這種概念解決了在服務端存儲信息時的許多問題

NoSession意味着你的程序可以根據需要去增減機器，而不用擔心用戶是否登錄。

基於Token的身份驗證的過程如下：

1. 用戶通過用戶名和密碼發送請求。
2. 程序驗證。
3. 程序返回一個簽名的Token給客戶端。
4. 客戶端儲存token，並且每次用於每次發送請求。
5. 服務端驗證token並返回數據。

每一次請求都需要token。token應該在HTTP的頭部發送從而保證了HTTP請求無狀態。我們同樣通過設置服務器屬性Access-Control-Origin:*,讓服務器能接受到來自所有域的請求。需要注意的是，在ACAO頭部標明(designating)*時，不得帶有像HTTP認證，客戶端SSL整肅和cookie的證書。

實現思路：

1. 用戶登錄校驗，校驗成功后就返回token給客戶端。
2. 客戶端收到數據后保存在客戶端。
3. 客戶端每次訪問API是攜帶Token到服務端。
4. 服務端采用filter過濾器校驗。校驗成功則返回請求數據，校驗失敗則返回錯誤碼。

當我們在程序中認證了信息並取得token之后，我們便能通過這個Token做許多的事情。

我們甚至基於創建一個基於權限的token傳給第三方應用程序，這些第三方程序能夠獲取到我們的數據(當然只有在我們允許的特定的token)

Tokens的優勢

• 無狀態、可擴展

在客戶端存儲的Tokens是無狀態的，並且能夠被擴展。基於這種無狀態和不存儲Session信息，負載均衡器能夠將用戶信息叢一個服務器傳到其他服務器上。如果我們將已驗證的用戶的信息保存在Session中，則每次請求都需要用戶向已驗證的服務器發送驗證信息(稱為Session親和性)。用戶量大時，可能會造成一些擁堵。
但是不要着急。使用tokens之后這些問題都迎刃而解，因為tokens自己hold住了用戶的驗證信息。

• 安全性

請求中發送token而不再是發送cookie能夠防止CSRF(跨站請求偽造)。即使在客戶端使用cookie存儲token，cookie也僅僅是一個存儲機制而不是用於認證。不講信息存儲在Session中，讓我們少了對session操作。
token是有實效的，一段時候之后用戶需要重新驗證。我們也不一定需要等到token自動失效，token有撤回的操作，通過token revocation可以使一個特定的token或是一組相同認證的token無效。

• 可擴展性

Tokens能夠創建與其他程序共享權限的程序，例如，能將一個隨便的社交賬號和自己的大號(Fackbook或事Twitter)聯系起來。當通過服務登錄Twitter(我們將這個過程Buffer)時，可以提供可選的權限給第三方應用程序。當用戶想讓另一個應用程序訪問它們的數據，我們可以通過建立自己的API，得出特殊權限的tokens。

• 多平台跨域

我們提前先來談論一下CORS(跨域資源共享)，對應用程序和服務進行擴展的時候，需要介入各種各種的設備和應用程序。

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.

只要用戶有一個通過了驗證的token，數據和資源就能夠在任何域上被請求到。

• 基於標准

創建token的時候，你可以設定一些選項。我們在后續的文章中會進行更加詳盡的描述，但是標准的用法會在JSON Web Tokens體現。

最近的程序和文檔是供給JSON Web Tokens的。它支持眾多的語言。這意味在未來的使用中你可以真正的轉換你的認證機制。