聊聊 Cookie、Session、Token 背后的故事

大家好，我是安果！

今天和大家聊一下關(guān)于cookie、session、token的那些事兒

這是我的一個(gè)讀者朋友面試微信的實(shí)習(xí)崗位時(shí)遇到的，在此和大家分享一下

話不多說(shuō)，直接開車

1. 網(wǎng)站交互體驗(yàn)升級(jí)

作為網(wǎng)友的我們，每天都會(huì)使用瀏覽器來(lái)逛各種網(wǎng)站，來(lái)滿足日常的工作生活需求。

現(xiàn)在的交互體驗(yàn)還是很絲滑的，但早期并非如此，而是一錘子買賣。

1.1 無(wú)狀態(tài)的http協(xié)議

無(wú)狀態(tài)的http協(xié)議是什么鬼？

HTTP無(wú)狀態(tài)協(xié)議，是指協(xié)議對(duì)于業(yè)務(wù)處理沒(méi)有記憶能力，之前做了啥完全記不住，每次請(qǐng)求都是完全獨(dú)立互不影響的，沒(méi)有任何上下文信息。

缺少狀態(tài)意味著如果后續(xù)處理需要前面的信息，則它必須重傳關(guān)鍵信息，這樣可能導(dǎo)致每次連接傳送的數(shù)據(jù)量增大。

如果大家沒(méi)明白，可以想一下《夏洛特?zé)馈防锩娴臉蚨危?img data-ratio="0.6443514644351465" src="https://filescdn.proginn.com/675478d8905a371cbd6cb63e1acc212c/b3d53d3d7141e859ca9ea2cb1f6f6712.webp" data-type="png" data-w="478" style="display: block;margin-right: auto;margin-left: auto;width: 549px;height: 354px;">

大概明白了吧，假如一直用這種原生無(wú)狀態(tài)的http協(xié)議，我們每換一個(gè)頁(yè)面可能就得重新登錄一次，那還玩?zhèn)€球。

所以必須要解決http協(xié)議的無(wú)狀態(tài)，提升網(wǎng)站的交互體驗(yàn)，否則星辰大海是去不了的。

1.2 解決之道

整個(gè)事情交互的雙方只有客戶端和服務(wù)端，所以必然要在這兩個(gè)當(dāng)事者身上下手。

• 客戶端來(lái)買單
  客戶端每次請(qǐng)求時(shí)把自己必要的信息封裝發(fā)送給服務(wù)端，服務(wù)端查收處理一下就行。

• 服務(wù)端來(lái)買單
  客戶端第一次請(qǐng)求之后，服務(wù)端就開始做記錄，然后客戶端在后續(xù)請(qǐng)求中只需要將最基本最少的信息發(fā)過(guò)來(lái)就行，不需要太多信息了。

2.Cookie方案

Cookie總是保存在客戶端中，按在客戶端中的存儲(chǔ)位置，可分為內(nèi)存Cookie和硬盤Cookie，內(nèi)存Cookie由瀏覽器維護(hù)，保存在內(nèi)存中，瀏覽器關(guān)閉后就消失了，其存在時(shí)間是短暫的，硬盤Cookie保存在硬盤里，有一個(gè)過(guò)期時(shí)間，除非用戶手工清理或到了過(guò)期時(shí)間，硬盤Cookie不會(huì)被刪除，其存在時(shí)間是長(zhǎng)期的。

2.1 Cookie定義和作用

HTTP Cookie（也叫 Web Cookie 或?yàn)g覽器 Cookie）是服務(wù)器發(fā)送到用戶瀏覽器并保存在本地的一小塊數(shù)據(jù)，它會(huì)在瀏覽器下次向同一服務(wù)器再發(fā)起請(qǐng)求時(shí)被攜帶并發(fā)送到服務(wù)器上。

通常Cookie用于告知服務(wù)端兩個(gè)請(qǐng)求是否來(lái)自同一瀏覽器，如保持用戶的登錄狀態(tài)。Cookie 使基于無(wú)狀態(tài)的HTTP協(xié)議記錄穩(wěn)定的狀態(tài)信息成為了可能。

Cookie 主要用于以下三個(gè)方面：

• 會(huì)話狀態(tài)管理（如用戶登錄狀態(tài)、購(gòu)物車等其它需要記錄的信息）
• 個(gè)性化設(shè)置（如用戶自定義設(shè)置、主題等）
• 瀏覽器行為跟蹤（如跟蹤分析用戶行為等）

2.2 服務(wù)端創(chuàng)建Cookie

當(dāng)服務(wù)器收到 HTTP 請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器可以在響應(yīng)頭里面添加一個(gè) Set-Cookie 選項(xiàng)。

瀏覽器收到響應(yīng)后通常會(huì)保存下 Cookie，之后對(duì)該服務(wù)器每一次請(qǐng)求中都通過(guò)  Cookie 請(qǐng)求頭部將 Cookie 信息發(fā)送給服務(wù)器。另外，Cookie 的過(guò)期時(shí)間、域、路徑、有效期、適用站點(diǎn)都可以根據(jù)需要來(lái)指定。

2.3 B/S的Cookie交互

服務(wù)器使用 Set-Cookie 響應(yīng)頭部向用戶瀏覽器發(fā)送 Cookie信息。

一個(gè)簡(jiǎn)單的 Cookie 可能像這樣：

Set-Cookie: <cookie名>=<cookie值>

HTTP/1.0 200 OK
Content-type: text/html
Set-Cookie: yummy_cookie=choco
Set-Cookie: tasty_cookie=strawberry

客戶端對(duì)該服務(wù)器發(fā)起的每一次新請(qǐng)求，瀏覽器都會(huì)將之前保存的Cookie信息通過(guò) Cookie 請(qǐng)求頭部再發(fā)送給服務(wù)器。

GET /sample_page.html HTTP/1.1
Host: www.example.org
Cookie: yummy_cookie=choco; tasty_cookie=strawberry

我來(lái)訪問(wèn)下淘寶網(wǎng)，抓個(gè)包看看這個(gè)真實(shí)的過(guò)程：

2.4 存在的問(wèn)題

Cookie 常用來(lái)標(biāo)記用戶或授權(quán)會(huì)話，被瀏覽器發(fā)出之后可能被劫持，被用于非法行為，可能導(dǎo)致授權(quán)用戶的會(huì)話受到攻擊，因此存在安全問(wèn)題。

還有一種情況就是跨站請(qǐng)求偽造CSRF，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) 比如你在登錄銀行網(wǎng)站的同時(shí)，登錄了一個(gè)釣魚網(wǎng)站，在釣魚網(wǎng)站進(jìn)行某些操作時(shí)可能會(huì)獲取銀行網(wǎng)站相關(guān)的Cookie信息，向銀行網(wǎng)站發(fā)起轉(zhuǎn)賬等非法行為。

跨站請(qǐng)求偽造（英語(yǔ)：Cross-site request forgery），也被稱為 one-click attack 或者 session riding，通常縮寫為 CSRF 或者 XSRF， 是一種挾制用戶在當(dāng)前已登錄的Web應(yīng)用程序上執(zhí)行非本意的操作的攻擊方法。跟跨網(wǎng)站腳本（XSS）相比，XSS 利用的是用戶對(duì)指定網(wǎng)站的信任，CSRF 利用的是網(wǎng)站對(duì)用戶網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的信任。

跨站請(qǐng)求攻擊，簡(jiǎn)單地說(shuō)，是攻擊者通過(guò)一些技術(shù)手段欺騙用戶的瀏覽器去訪問(wèn)一個(gè)自己曾經(jīng)認(rèn)證過(guò)的網(wǎng)站并運(yùn)行一些操作（如發(fā)郵件，發(fā)消息，甚至財(cái)產(chǎn)操作如轉(zhuǎn)賬和購(gòu)買商品）。
由于瀏覽器曾經(jīng)認(rèn)證過(guò)，所以被訪問(wèn)的網(wǎng)站會(huì)認(rèn)為是真正的用戶操作而去運(yùn)行。這利用了web中用戶身份驗(yàn)證的一個(gè)漏洞：簡(jiǎn)單的身份驗(yàn)證只能保證請(qǐng)求發(fā)自某個(gè)用戶的瀏覽器，卻不能保證請(qǐng)求本身是用戶自愿發(fā)出的。

不過(guò)這種情況有很多解決方法，特別對(duì)于銀行這類金融性質(zhì)的站點(diǎn)，用戶的任何敏感操作都需要確認(rèn)，并且敏感信息的 Cookie 只能擁有較短的生命周期。

同時(shí)Cookie有容量和數(shù)量的限制，每次都要發(fā)送很多信息帶來(lái)額外的流量消耗、復(fù)雜的行為Cookie無(wú)法滿足要求。

特別注意：以上存在的問(wèn)題只是Cookie被用于實(shí)現(xiàn)交互狀態(tài)時(shí)存在的問(wèn)題，但并不是說(shuō)Cookie本身的問(wèn)題。

試想一下：菜刀可以用來(lái)做菜，也可以被用來(lái)從事某些暴力行為，你能說(shuō)菜刀應(yīng)該被廢除嗎？

3. Session方案

3.1 Session機(jī)制的概念

如果說(shuō)Cookie是客戶端行為，那么Session就是服務(wù)端行為。

Cookie機(jī)制在最初和服務(wù)端完成交互后，保持狀態(tài)所需的信息都將存儲(chǔ)在客戶端，后續(xù)直接讀取發(fā)送給服務(wù)端進(jìn)行交互。

Session代表服務(wù)器與瀏覽器的一次會(huì)話過(guò)程，并且完全由服務(wù)端掌控，實(shí)現(xiàn)分配ID、會(huì)話信息存儲(chǔ)、會(huì)話檢索等功能。

Session機(jī)制將用戶的所有活動(dòng)信息、上下文信息、登錄信息等都存儲(chǔ)在服務(wù)端，只是生成一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)ID發(fā)送給客戶端，后續(xù)的交互將沒(méi)有重復(fù)的用戶信息傳輸，取而代之的是唯一標(biāo)識(shí)ID，暫且稱之為Session-ID吧。

3.2 簡(jiǎn)單的交互流程

• 當(dāng)客戶端第一次請(qǐng)求session對(duì)象時(shí)候，服務(wù)器會(huì)為客戶端創(chuàng)建一個(gè)session，并將通過(guò)特殊算法算出一個(gè)session的ID，用來(lái)標(biāo)識(shí)該session對(duì)象。

• 當(dāng)瀏覽器下次請(qǐng)求別的資源的時(shí)候，瀏覽器會(huì)將sessionID放置到請(qǐng)求頭中，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后解析得到sessionID，服務(wù)器找到該id的session來(lái)確定請(qǐng)求方的身份和一些上下文信息。

3.3 Session的實(shí)現(xiàn)方式

首先明確一點(diǎn)，Session和Cookie沒(méi)有直接的關(guān)系，可以認(rèn)為Cookie只是實(shí)現(xiàn)Session機(jī)制的一種方法途徑而已，沒(méi)有Cookie還可以用別的方法。

Session和Cookie的關(guān)系就像加班和加班費(fèi)的關(guān)系，看似關(guān)系很密切，實(shí)際上沒(méi)啥關(guān)系。

session的實(shí)現(xiàn)主要兩種方式：cookie與url重寫，而cookie是首選方式，因?yàn)楦鞣N現(xiàn)代瀏覽器都默認(rèn)開通cookie功能，但是每種瀏覽器也都有允許cookie失效的設(shè)置，因此對(duì)于Session機(jī)制來(lái)說(shuō)還需要一個(gè)備胎。

將會(huì)話標(biāo)識(shí)號(hào)以參數(shù)形式附加在超鏈接的URL地址后面的技術(shù)稱為URL重寫。

原始的URL：
http://taobao.com/getitem?name=baymax&action=buy
重寫后的URL:
http://taobao.com/getitem?sessionid=1wui87htentg&?name=baymax&action=buy

3.4 存在的問(wèn)題

由于Session信息是存儲(chǔ)在服務(wù)端的，因此如果用戶量很大的場(chǎng)景，Session信息占用的空間就不容忽視。

對(duì)于大型網(wǎng)站必然是集群化&分布式的服務(wù)器配置，如果Session信息是存儲(chǔ)在本地的，那么由于負(fù)載均衡的作用，原來(lái)請(qǐng)求機(jī)器A并且存儲(chǔ)了Session信息，下一次請(qǐng)求可能到了機(jī)器B，此時(shí)機(jī)器B上并沒(méi)有Session信息。

這種情況下要么在B機(jī)器重復(fù)創(chuàng)建造成浪費(fèi)，要么引入高可用的Session集群方案，引入Session代理實(shí)現(xiàn)信息共享，要么實(shí)現(xiàn)定制化哈希到集群A，這樣做其實(shí)就有些復(fù)雜了。

4. Token方案

Token是令牌的意思，由服務(wù)端生成并發(fā)放給客戶端，是一種具有時(shí)效性的驗(yàn)證身份的手段。

Token避免了Session機(jī)制帶來(lái)的海量信息存儲(chǔ)問(wèn)題，也避免了Cookie機(jī)制的一些安全性問(wèn)題，在現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景、跨域訪問(wèn)等場(chǎng)景有廣泛的用途。

4.1 簡(jiǎn)單的交互流程

• 客戶端將用戶的賬號(hào)和密碼提交給服務(wù)器
• 服務(wù)器對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，通過(guò)則生成一個(gè)token值返回給客戶端，作為后續(xù)的請(qǐng)求交互身份令牌
• 客戶端拿到服務(wù)端返回的token值后，可將其保存在本地，以后每次請(qǐng)求服務(wù)器時(shí)都攜帶該token，提交給服務(wù)器進(jìn)行身份校驗(yàn)
• 服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，解析關(guān)鍵信息，再根據(jù)相同的加密算法、密鑰、用戶參數(shù)生成sign與客戶端的sign進(jìn)行對(duì)比，一致則通過(guò)，否則拒絕服務(wù)
• 驗(yàn)證通過(guò)之后，服務(wù)端就可以根據(jù)該Token中的uid獲取對(duì)應(yīng)的用戶信息，進(jìn)行業(yè)務(wù)請(qǐng)求的響應(yīng)

4.2 Token的設(shè)計(jì)思想

以JSON Web Token（JWT）為例，Token主要由3部分組成：

• Header頭部信息
  記錄了使用的加密算法信息
• Payload 凈荷信息
  記錄了用戶信息和過(guò)期時(shí)間等
• Signature 簽名信息
  根據(jù)header中的加密算法和payload中的用戶信息以及密鑰key來(lái)生成，是服務(wù)端驗(yàn)證服務(wù)端的重要依據(jù)

header和payload的信息不做加密，只做一般的base64編碼，服務(wù)端收到token后剝離出header和payload獲取算法、用戶、過(guò)期時(shí)間等信息，然后根據(jù)自己的加密密鑰來(lái)生成sign，并與客戶端傳來(lái)的sign進(jìn)行一致性對(duì)比，來(lái)確定客戶端的身份合法性。

這樣就實(shí)現(xiàn)了用CPU加解密的時(shí)間換取存儲(chǔ)空間，同時(shí)服務(wù)端密鑰的重要性就顯而易見，一旦泄露整個(gè)機(jī)制就崩塌了，這個(gè)時(shí)候就需要考慮HTTPS了。

4.3 Token方案的特點(diǎn)

• Token可以跨站共享，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄
• Token機(jī)制無(wú)需太多存儲(chǔ)空間，Token包含了用戶的信息，只需在客戶端存儲(chǔ)狀態(tài)信息即可，對(duì)于服務(wù)端的擴(kuò)展性很好
• Token機(jī)制的安全性依賴于服務(wù)端加密算法和密鑰的安全性
• Token機(jī)制也不是萬(wàn)金油

5.總結(jié)

Cookie、Session、Token這三者是不同發(fā)展階段的產(chǎn)物，并且各有優(yōu)缺點(diǎn)，三者也沒(méi)有明顯的對(duì)立關(guān)系，反而常常結(jié)伴出現(xiàn)，這也是容易被混淆的原因。

Cookie側(cè)重于信息的存儲(chǔ)，主要是客戶端行為，Session和Token側(cè)重于身份驗(yàn)證，主要是服務(wù)端行為。

三者方案在很多場(chǎng)景都還有生命力，了解場(chǎng)景才能選擇合適的方案，沒(méi)有銀彈。

就寫這些吧，我們下期見