八幅漫畫理解使用JSON Web Token設計單點登入系統

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轉載自：http://blog.leapoahead.com/2015/09/07/user-authentication-with-jwt/

 

上次在《JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞資訊》中我提到了JSON Web Token可以用來設計單點登入系統。我嘗試用八幅漫畫先讓大家理解如何設計正常的使用者認證系統，然後再延伸到單點登入系統。

如果還沒有閱讀《JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞資訊》，我強烈建議你花十分鐘閱讀它，理解JWT的產生過程和原理。

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，例如發布文章、管理網站等。

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發送到伺服器的介面。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。

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。

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。

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是否到期；檢查Token的接收方是否是自己（可選）。

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。

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。

應用根據使用者請求進行響應。

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資料庫和一系列緩衝機制來實現Session的儲存。

而JWT方式將使用者狀態分散到了用戶端中，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，需要在不同情境下用資料說話。

單點登入

Session方式來儲存使用者id，一開始使用者的Session只會儲存在一台伺服器上。對於有多個子網域名稱的網站，每個子網域名稱至少會對應一台不同的伺服器，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，在其他的子網域名稱下依然可以取到Session，這要求我們在多台伺服器上同步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用戶端。因此，我們只需要將含有JWT的Cookie的domain設定為頂級網域名稱即可，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網域名稱，即.taobao.com。這樣，taobao.com和*.taobao.com就都可以接受到這個Cookie，並擷取JWT了。

對於JWT的兩篇文章有相關問題的同學請直接在下面的評論區與我討論（請勿郵件討論）。如果你感興趣，你可以在下方訂閱我的半月刊，我將給你推送更多精彩的內容；）

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