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八幅漫畫理解使用JSON Web Token(JWT)設計單點登入系統

原文連結:   http://blog.leapoahead.com/2015/09/07/user-authentication-with-jwt/

使用者認證八步走

所謂使用者認證(Authentication),就是讓使用者登入,並且在接下來的一段時間內讓使用者訪問網站時可以使用其賬戶,而不需要再次登入的機制。

小知識:可別把使用者認證和使用者授權(Authorization)搞混了。使用者授權指的是規定並允許使用者使用自己的許可權,例如釋出帖子、管理站點等。

首先,伺服器應用(下面簡稱“應用”)讓使用者通過Web表單將自己的使用者名稱和密碼傳送到伺服器的介面。這一過程一般是一個HTTP POST請求。建議的方式是通過SSL加密的傳輸(https協議),從而避免敏感資訊被嗅探。

使用者登入請求

接下來,應用和資料庫核對使用者名稱和密碼。

核對使用者名稱密碼

核對使用者名稱和密碼成功後,應用將使用者的id(圖中的user_id)作為JWT Payload的一個屬性,將其與頭部分別進行Base64編碼拼接後簽名,形成一個JWT。這裡的JWT就是一個形同lll.zzz.xxx的字串。

生成JWT

應用將JWT字串作為該請求Cookie的一部分返回給使用者。注意,在這裡必須使用HttpOnly屬性來防止Cookie被JavaScript讀取,從而避免跨站指令碼攻擊(XSS攻擊)

在Cookie中嵌入JWT

在Cookie失效或者被刪除前,使用者每次訪問應用,應用都會接受到含有jwt的Cookie。從而應用就可以將JWT從請求中提取出來。

從Cookie提取JWT

應用通過一系列任務檢查JWT的有效性。例如,檢查簽名是否正確;檢查Token是否過期;檢查Token的接收方是否是自己(可選)。

jwtauth6.png

應用在確認JWT有效之後,JWT進行Base64解碼(可能在上一步中已經完成),然後在Payload中讀取使用者的id值,也就是user_id屬性。這裡使用者的id為1025。

jwtauth7.png

應用從資料庫取到id為1025的使用者的資訊,載入到記憶體中,進行ORM之類的一系列底層邏輯初始化。

jwtauth8.png

應用根據使用者請求進行響應。

jwtauth9.png

和Session方式儲存id的差異

Session方式儲存使用者id的最大弊病在於要佔用大量伺服器記憶體,對於較大型應用而言可能還要儲存許多的狀態。一般而言,大型應用還需要藉助一些KV資料庫和一系列快取機制來實現Session的儲存。

而JWT方式將使用者狀態分散到了客戶端中,可以明顯減輕服務端的記憶體壓力。除了使用者id之外,還可以儲存其他的和使用者相關的資訊,例如該使用者是否是管理員、使用者所在的分桶(見[《你所應該知道的A/B測試基礎》一文](/2015/08/27/introduction-to-ab-testing/)等。

雖說JWT方式讓伺服器有一些計算壓力(例如加密、編碼和解碼),但是這些壓力相比磁碟I/O而言或許是半斤八兩。具體是否採用,需要在不同場景下用資料說話。

單點登入

Session方式來儲存使用者id,一開始使用者的Session只會儲存在一臺伺服器上。對於有多個子域名的站點,每個子域名至少會對應一臺不同的伺服器,例如:

  • www.taobao.com
  • nv.taobao.com
  • nz.taobao.com
  • login.taobao.com

所以如果要實現在login.taobao.com登入後,在其他的子域名下依然可以取到Session,這要求我們在多臺伺服器上同步Session。

使用JWT的方式則沒有這個問題的存在,因為使用者的狀態已經被傳送到了客戶端。因此,我們只需要將含有JWT的Cookie的domain設定為頂級域名即可,例如

1 Set-Cookie: jwt=lll.zzz.xxx; HttpOnly; max-age=980000; domain=.taobao.com

注意domain必須設定為一個點加頂級域名,即.taobao.com。這樣,taobao.com和*.taobao.com就都可以接受到這個Cookie,並獲取JWT了。

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