八幅漫画理解使用 JSON Web Token 设计单点登录系统

上次在《JSON Web Token – 在Web应用间安全地传递信息》中我提到了JSON Web Token可以用来设计单点登录系统。我尝试用八幅漫画先让大家理解如何设计正常的用户认证系统,然后再延伸到单点登录系统。

如果还没有阅读《JSON Web Token – 在Web应用间安全地传递信息》,我强烈建议你花十分钟阅读它,理解JWT的生成过程和原理。

用户认证八步走

所谓用户认证(Authentication),就是让用户登录,并且在接下来的一段时间内让用户访问网站时可以使用其账户,而不需要再次登录的机制。

小知识:可别把用户认证和用户授权(Authorization)搞混了。用户授权指的是规定并允许用户使用自己的权限,例如发布帖子、管理站点等。

首先,服务器应用(下面简称“应用”)让用户通过Web表单将自己的用户名和密码发送到服务器的接口。这一过程一般是一个HTTP POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输(https协议),从而避免敏感信息被嗅探。

接下来,应用和数据库核对用户名和密码。

核对用户名和密码成功后,应用将用户的id(图中的user_id)作为JWT Payload的一个属性,将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名,形成一个JWT。这里的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。

应用将JWT字符串作为该请求Cookie的一部分返回给用户。注意,在这里必须使用HttpOnly属性来防止Cookie被JavaScript读取,从而避免跨站脚本攻击(XSS攻击)

在Cookie失效或者被删除前,用户每次访问应用,应用都会接受到含有jwt的Cookie。从而应用就可以将JWT从请求中提取出来。

应用通过一系列任务检查JWT的有效性。例如,检查签名是否正确;检查Token是否过期;检查Token的接收方是否是自己(可选)。

应用在确认JWT有效之后,JWT进行Base64解码(可能在上一步中已经完成),然后在Payload中读取用户的id值,也就是user_id属性。这里用户的id为1025。

应用从数据库取到id为1025的用户的信息,加载到内存中,进行ORM之类的一系列底层逻辑初始化。

应用根据用户请求进行响应。

和Session方式存储id的差异

Session方式存储用户id的最大弊病在于要占用大量服务器内存,对于较大型应用而言可能还要保存许多的状态。一般而言,大型应用还需要借助一些KV数据库和一系列缓存机制来实现Session的存储。

而JWT方式将用户状态分散到了客户端中,可以明显减轻服务端的内存压力。除了用户id之外,还可以存储其他的和用户相关的信息,例如该用户是否是管理员、用户所在的分桶(见[《你所应该知道的A/B测试基础》一文](/2015/08/27/introduction-to-ab-testing/)等。

虽说JWT方式让服务器有一些计算压力(例如加密、编码和解码),但是这些压力相比磁盘I/O而言或许是半斤八两。具体是否采用,需要在不同场景下用数据说话。

单点登录

Session方式来存储用户id,一开始用户的Session只会存储在一台服务器上。对于有多个子域名的站点,每个子域名至少会对应一台不同的服务器,例如:

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

所以如果要实现在login.taobao.com登录后,在其他的子域名下依然可以取到Session,这要求我们在多台服务器上同步Session。

使用JWT的方式则没有这个问题的存在,因为用户的状态已经被传送到了客户端。因此,我们只需要将含有JWT的Cookie的domain设置为顶级域名即可,例如

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

注意domain必须设置为一个点加顶级域名,即.taobao.com。这样,taobao.com和*.taobao.com就都可以接受到这个Cookie,并获取JWT了。



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