一文彻底搞懂cookie、session、token,和面试官扯皮就没问题了

Cookie、Session和Token都是为了解决Web身份校验而产生的,这里对它们的概念做一个简单了解。

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, 就得有成千上万,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

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。

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。

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。
一、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
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。
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。
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。
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,可扩展性是最突出的。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。
4)基于Token的身份验证的过程
<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
  >用户登录校验,校验成功后就返回Token给客户端。
  >客户端收到数据后保存在客户端
  >客户端每次访问API是携带Token到服务器端。
  >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),差一句关注微信公众号“Java精选”,领取免费资料
二、Tokens的优势
1)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。
2)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。
3)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。
4)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。
最近的程序和文档是供给JSON Web Tokens的。它支持众多的语言。这意味在未来的使用中你可以真正的转换你的认证机制。

Cookie和Session区别

cookie数据存放在客户的浏览器上,session数据放在服务器上。
cookie不是很安全,别人可以分析存放在本地的cookie并进行cookie欺骗,考虑到安全应当使用session
session会在一定时间内保存在服务器上。当访问增多,会比较占用你服务器的性能,考虑到减轻服务器性能方面,应当使用cookie
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。
个人建议
将登陆信息等重要信息存放为Session,其他信息如果需要保留,可以放在cookie中。

Token和Session区别

session和oauth token并不矛盾,作为身份认证token安全性比session好,因为每个请求都有签名还能防止监听以及重放攻击,而session就必须靠链路层来保障通讯安全了。如上所说,如果你需要实现有状态的会话,仍然可以增加session来在服务器端保存一些状态。
App通常用restful api跟server打交道。Rest是stateless的,也就是app不需要像browser那样用cookie来保存session,因此用session token来标示自己就够了,session/state由api server的逻辑处理。如果你的后端不是stateless的rest api,那么你可能需要在app里保存session,可以在app里嵌入webkit,用一个隐藏的browser来管理cookie session
Session是一种HTTP存储机制,目的是为无状态的HTTP提供的持久机制。所谓Session 认证只是简单的把User信息存储到Session里,因为SID的不可预测性,暂且认为是安全的。这是一种认证手段。
Token指的是OAuth Token或类似的机制的话,提供的是认证和授权,认证是针对用户,授权是针对App 。其目的是让某App有权利访问 某用户的信息。这里的 Token是唯一的。不可以转移到其它 App上,也不可以转到其它用户上。
Session只提供一种简单的认证,即有此SID,即认为有此User的全部权利。是需要严格保密的,这个数据应该只保存在站方,不应该共享给其它网站或者第三方App。 
所以简单来说,如果你的用户数据可能需要和第三方共享,或者允许第三方调用API接口那么使用Token 。如果永远只是自己的网站,自己的App,用什么就无所谓了。
token就是令牌,比如授权(登录)一个程序时,他就是个依据,判断是否已经授权该软件;cookie就是写在客户端的一个txt文件,里面包括登录信息之类的,这样在下次登录某个网站,就会自动调用cookie自动登录用户名;session和cookie差不多,只是session是写在服务器端的文件,也需要在客户端写入cookie文件,但是文件里是你的浏览器编号。Session的状态是存储在服务器端,客户端只有session id;而Token的状态是存储在客户端。
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