一文搞懂Session和JWT登入認證

前言

目前在開發的小組結課專案中用到了JWT認證，簡單分享一下，並看看與Session認證的異同。

登入認證（Authentication）的概念非常簡單，就是透過一定手段對使用者的身份進行確認。

我們都知道 HTTP 是無狀態的，伺服器接收的每一次請求，對它來說都是 “新來的”，並不知道客戶端來過。

舉個例子：
客戶端A: 我是A, 給我一瓶水。
服務端B：好，給你。
客戶端A：再給我來個麵包。
服務端B: 啥，你是誰?

即每一個請求對伺服器來說都是新的。

我們不可能每次操作都讓使用者輸入使用者名稱和密碼，那麼我們如何讓伺服器記住我們登入過了呢?

那就是憑證。即每次請求都給伺服器一個憑證告訴伺服器我是誰。

現在一般使用比較多的認證方式有四種：

Session
Token
SSO單點登入
OAtuth登入

下面就來說說比較常用的前兩種。

Session

Cookie + Session

最常見的就是 Cookie + Session 認證。

Session，是一種有狀態的會話管理機制，其目的就是為了解決HTTP無狀態請求帶來的問題。

當使用者登入認證請求透過時，服務端會將使用者的資訊儲存起來，並生成一個 SessionId 傳送給前端，前端將這個 SessionId 儲存起來。之後前端再傳送請求時都攜帶 SessionId，伺服器端再根據這個 SessionId 來檢查該使用者有沒有登入過。

這個 SessionId，一般是儲存在Cookie中。

如果使用者第一次訪問某個伺服器時，伺服器響應資料時會在響應頭的 Set-Cookie 標識裡將Session Id 返回給瀏覽器，瀏覽器就將標識中的資料存在Cookie中。

下面我們來簡單寫個 demo 測試一下：

初始化一個spring boot 專案，並且程式碼如下：

demo

我們只需要在使用者登入的時候將使用者資訊存在HttpSession中

@RestController
public class UserController {

    @PostMapping("login")
    public String login(@RequestBody User user, HttpSession session) {
        if ("admin".equals(user.getUsername()) && "admin".equals(user.getPassword())) {
            // 登入成功 寫入Session
            session.setAttribute("sessionId", user);
            return "login success";
        }
        return "username or password incorrect";
    }

    @GetMapping("/logout")
    public String logout(HttpSession session) {
        // 登出 刪除Session
        session.removeAttribute("sessionId");
        return "logout success";
    }

    public String api(HttpSession session) {
        // 使用者操作 判斷是否登入
        User user = (User) session.getAttribute("sessionId");
        if (user == null) {
            return "please login";
        }
        return "return data";
    }
}

下面我們向 login 地址請求，並檢視響應。可以看到，使用者登入時服務端會返回 Set-Cookie 欄位。這些工作 Servlet幫我們做好了

下面我們向 api 地址請求。可以看到，後續訪問服務端自動就會攜帶Cookie：

服務端認證身份成功，返回資料。

Session + Header認證

當前開發的幾個專案都是採用這種模式。

即 將 Session 會話放進請求頭中作為認證資訊。

下面簡單寫個 demo 並用 postman 測試

demo

pom.xml:


        <dependency>
            <groupId>org.springframework.session</groupId>
            <artifactId>spring-session</artifactId>
            <version>1.3.5.RELEASE</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
        </dependency>

HeaderAndParamHttpSessionStrategy:

將cookie認證改為Header認證，請求關鍵字為 x-auth-token

/**
 * Header或是請求引數中的帶有 token 的認證策略
 * */
public class HeaderAndParamHttpSessionStrategy extends HeaderHttpSessionStrategy {
  /**
   * header認證關鍵字名稱
   */
  private String headerName = "x-auth-token";

  @Override
  public String getRequestedSessionId(HttpServletRequest request) {
    String token = request.getHeader(this.headerName);
    return (token != null && !token.isEmpty()) ? token : request.getParameter(this.headerName);
  }
}

MvcSecurityConfig:
使用spring 提供的 MapSessionRepository 來幫助我們管理Session

@Configuration
@EnableWebSecurity
@EnableSpringHttpSession
public class MvcSecurityConfig {

    @Bean
    public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
                // 開放埠
                .antMatchers("**").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
                .and()
                .httpBasic()
                .and().cors()
                .and().csrf().disable();
        http.headers().frameOptions().disable();
        return http.build();
    }

    /**
     * 使用header認證來替換預設的cookie認證
     */
    @Bean
    public HttpSessionStrategy httpSessionStrategy() {
        return new HeaderAndParamHttpSessionStrategy();
    }


    /**
     * 由於我們啟用了@EnableSpringHttpSession後，而非RedisHttpSession.
     * 所以應該為SessionRepository提供一個實現。
     * 而Spring中預設給了一個SessionRepository的實現MapSessionRepository.
     *
     * @return session策略
     */
    @Bean
    public SessionRepository sessionRepository() {
        return new MapSessionRepository();
    }
}

重新啟動專案：

嘗試1：向 login 地址請求:

可以看到，服務端的響應頭上帶有了 x-auth-token, 這種將 session 放在請求頭部的認證就是 header認證。

結果：響應頭返回 x-auth-token 欄位

嘗試2：請求頭不帶 x-auth-token，向服務端請求 api

而這時候，假如客戶端傳送接下來的請求的時候，請求頭不帶上服務端返回的 x-auth-token，那麼是無法得到認證的。

結果：認證失敗

嘗試3：請求頭帶 x-auth-token，向服務端請求 api

將登入成功之後，服務端返回

結果：認證成功

透過以上的方式：我們成功將 Cookie + Session 認證，替換為了 Header + Session 認證。

那麼換之後，有什麼好處呢？

Header + Session 相較 Cookie + Session 有幾點好處：

防止跨站指令碼攻擊（XSS）：使用 Cookie 儲存會話 ID 的話，Cookie 是透過瀏覽器自動管理的，容易受到 XSS 攻擊的影響。而將會話 ID 儲存在頭部，可以避免這種攻擊。
避免 CSRF 攻擊：使用 Cookie 儲存會話 ID 的話，攻擊者可以利用 CSRF 攻擊來獲取 Cookie 中的會話 ID，從而偽造使用者請求。將會話 ID 儲存在頭部的話，可以避免這種攻擊。
不受第三方 Cookie 支援的限制：如果使用者的瀏覽器禁用了第三方 Cookie，那麼使用 Cookie + Session 的方式就無法使用。而將會話 ID 儲存在頭部，不需要使用 Cookie，不受這個限制。

缺點：

會話 ID 儲存在頭部，可能被重放攻擊利用
執行效能代價較高：由於 HTTP 頭比 Cookie 更大，因此將會話 ID 儲存在頭部通常會佔用更多的網路資源，增加傳輸延遲。

因此，應該根據具體的應用場景、協議、需求和安全要求來選擇合適的身份認證方式。

Token 認證

除了Session之外，目前比較流行的做法就是使用JWT（JSON Web Token）。

JWT具有以下倆種特性：

可以將一段資料加密成一段字串，也可以從這字串解密回資料
可以對這個字串進行校驗，比如有沒有過期，有沒有被篡改

看到這，這不和 Session + Header 認證一樣嘛！就是把 SessionId 換成了JWT字串而已，有必要麼？?

Session 和 JWT有一個重要的區別，就是 Session 是有狀態的，JWT是無狀態的。

即，Session 在服務端儲存了使用者資訊，而JWT在服務端沒有儲存任何資訊。

當前端攜帶Session Id到服務端時，服務端要檢查其對應的 HttpSession 中有沒有儲存使用者資訊，儲存了就代表登入了。

當使用JWT時，服務端只需要對這個字串進行校驗，校驗透過就代表登入了。

下面繼續從一個Demo體驗：

demo

pom.xml:

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.9.1</version>
</dependency>

寫一個工具類

public interface CommonService {
  /**
   * 簽名秘鑰
   */
  String SECRET = "shareMusic";

  // 根據使用者id生成token
  static String createJwtToken(Long id) {
    long ttlMillis = -1; // 表示不新增過期時間
    return createJwtToken(id.toString(), ttlMillis);
  }

  /**
   * 生成Token
   *
   * @param id        編號
   * @param ttlMillis 簽發時間 （有效時間，過期會報錯）
   * @return token String
   */
  static String createJwtToken(String id, long ttlMillis) {

    // 簽名演算法 ，將對token進行簽名
    SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

    // 生成簽發時間
    long nowMillis = System.currentTimeMillis();
    Date now = new Date(nowMillis);

    // 透過秘鑰簽名JWT
    byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(SECRET);
    Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

    // Let's set the JWT Claims
    JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id)
        .setIssuedAt(now)
        .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);

    // 如果指定了過期時間，則新增
    if (ttlMillis >= 0) {
      long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
      Date exp = new Date(expMillis);
      builder.setExpiration(exp);
    }

    return builder.compact();

  }

    // 驗證並解析JWT
    static Claims parseJWT(String jwt) { // 如果是空字串直接返回null
        if (jwt == null ||jwt.isEmpty()) {
            return null;
        }
        // 這個Claims物件包含了許多屬性，比如簽發時間、過期時間以及存放的資料等
        Claims claims = null;
        // 解析失敗了會丟擲異常，所以我們要捕捉一下。token過期、token非法都會導致解析失敗
        try {

            claims = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(SECRET))
                    .parseClaimsJws(jwt).getBody();
        } catch (JwtException e) {
            System.err.println("解析失敗！");
        }
        return claims;
    }
}

同時改寫一下我們的 Controller:
登入成功返回

    @PostMapping("login")
    public String login(@RequestBody User user, HttpServletResponse response) {
        if ("admin".equals(user.getUsername()) && "admin".equals(user.getPassword())) {
            // 判斷成功 返回頭加入token
            String token = CommonService.createJwtToken(user.getUsername());
            response.setHeader("Authorization", token);
            return "login success";
        }
        return "username or password incorrect";
    }

    @GetMapping("/api")
    public String api(HttpServletRequest request) {
        String jwt = request.getHeader("Authorization");
        // 解析失敗就提示使用者登入
        if (CommonService.parseJWT(jwt) == null) {
            return "please login";
        }
        return "return data";
    }

重啟服務開始測試。

嘗試1：向 login 地址請求.

可以看到，我們成功地在服務端響應頭中返回了 JWT，它是以 Authorization 作為名字的欄位。

嘗試2：不帶JWT，向 api 地址請求.

認證失敗。

嘗試3：帶JWT，向 api 地址請求.

結果：認證成功，返回資料。

上面我們成功使用JWT完成了登入和請求api。下面簡單看一下它的原理：

JWT原理：

JWT 通常由三部分組成：Header、Payload 和 Signature。

Header：包含 Token 型別（即 JWT）和所使用的簽名演算法資訊（如 HS256)。
Payload：儲存了一些描述資訊，如 Token 的頒發者、過期時間、訪問許可權等，也可以包含一些使用者的自定義資料。
Signature：由伺服器端生成，用於驗證 Token 的正確性和完整性。

我們將剛才獲取到的JWT去線上網站解密一下：
可以看到，獲取到了我們傳輸的資訊: 使用者名稱

線上網站將 Header 和 Payload 中的 Base64 編碼資訊透過簡單的演算法將其還原成原始的明文資料

可以看到簽名是無法解密的，這是因為 JWT 的簽名主要是用於保證 JWT 的完整性和防止 JWT 被篡改或偽造。

signature 可以選擇對稱加密演算法或者非對稱加密演算法，常用的就是 HS256、RS256。

具體JWt解析過程可以看這篇文章： https://www.freecodecamp.org/chinese/news/how-to-sign-and-val...

JWT 登出

你可能會留意到，上面的JWT方法沒有登出的功能。那麼如何登出??

事實上，JWT 是無狀態的認證方式，因此它本身並不提供登出的機制。讓我們從後臺登出token，這對於jwt來說並不是那麼簡單，並不能像刪除 session 那樣來刪除token。

JWT的目的與session不同，不可能強制刪除或失效已經生成的token。

我們可以採用下面兩種方式：

Token 過期⏰。

透過過期時間機制。可以在生成 JWT Token 時設定一個過期時間，一旦 Token 過期後則視為無效。透過這種方式，可以保證 Token 在一定時間內有效，同時也避免了 Token 濫用和被盜用的風險。

我還是想登出

假如我有一個嚴格的登出功能，無法等待Token自動過期怎麼辦？?️‍

那麼儲存一個所謂的“名單”，判斷Token是有效的。一般可以採用 Redis,

校驗時，檢查提供的 token 在 redis 中是否有效，如何無效的話就讓使用者去登入。

從這個方面也體現出了 JWt 更適合分散式結構。

Session 和 JWT

兩者的不同：

儲存位置：Session 資訊是儲存在服務端的，而 JWT 將認證資訊儲存在客戶端的 Token 中。

是否需要狀態：Session 基於狀態來維護會話，如果會話狀態丟失或者被篡改，伺服器將會重新初始化會話。而 JWT 身份認證機制是無狀態的，每個請求均包含足夠的資訊，伺服器不需要維持任何狀態。這一點使得 JWT 身份認證機制特別適合於分散式系統。

安全性：Session 是基於某種演算法生成的 Session ID 來維護使用者狀態的，如果 Session ID 被竊取或者偽造，會話會受到攻擊，憑證會失效。而 JWT 透過簽名來防止偽造和篡改，只有在經過驗證後才能使用。

擴充套件性：Session 方案一般適用於單一的服務或者單個應用，而 JWT 身份認證機制適用於跨域、分散式服務呼叫等多場景。

兩種方式都可以實現登入認證，至於具體選型就根據自己實際業務需求來了。

參考文章:
https://www.cnblogs.com/RudeCrab/p/14251154.html#%E6%94%B6%E5...
https://segmentfault.com/a/1190000041216780
https://cloud.tencent.com/developer/news/837117

一文搞懂Session和JWT登入認證

前言

Session

Cookie + Session

demo

Session + Header認證

demo

Token 認證

demo

JWT原理：

JWT 登出

Token 過期⏰。

我還是想登出

Session 和 JWT

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