八幅漫畫理解使用 JWT 設計的單點登錄系統

原創

2020-06-22 11:41

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

上次在《JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞信息》中我提到了JSON Web Token可以用來設計單點登錄系統。我嘗試用八幅漫畫先讓大家理解如何設計正常的用戶認證系統，然後再延伸到單點登錄系統。

如果還沒有閱讀《JSON Web Token - 在Web應用間安全地傳遞信息》，我強烈建議你花十分鐘閱讀它，理解JWT的生成過程和原理。

所謂用戶認證（Authentication），就是讓用戶登錄，並且在接下來的一段時間內讓用戶訪問網站時可以使用其賬戶，而不需要再次登錄的機制。

小知識：可別把用戶認證和用戶授權（Authorization）搞混了。用戶授權指的是規定並允許用戶使用自己的權限，例如發佈帖子、管理站點等。

首先，服務器應用（下面簡稱“應用”）讓用戶通過Web表單將自己的用戶名和密碼發送到服務器的接口。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），從而避免敏感信息被嗅探。

接下來，應用和數據庫覈對用戶名和密碼。

覈對用戶名和密碼成功後，應用將用戶的 id（圖中的 user_id）作爲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。這裏的JWT就是一個形同 lll.zzz.xxx的字符串。

應用將JWT字符串作爲該請求Cookie的一部分返回給用戶。注意，在這裏必須使用 HttpOnly屬性來防止Cookie被JavaScript讀取，從而避免跨站腳本攻擊（XSS攻擊）。

在Cookie失效或者被刪除前，用戶每次訪問應用，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是否過期；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中讀取用戶的id值，也就是 user_id屬性。這裏用戶的 id爲1025。

應用從數據庫取到 id爲1025的用戶的信息，加載到內存中，進行ORM之類的一系列底層邏輯初始化。

應用根據用戶請求進行響應。

Session方式存儲用戶id的最大弊病在於要佔用大量服務器內存，對於較大型應用而言可能還要保存許多的狀態。一般而言，大型應用還需要藉助一些KV數據庫和一系列緩存機制來實現Session的存儲。

而JWT方式將用戶狀態分散到了客戶端中，可以明顯減輕服務端的內存壓力。除了用戶id之外，還可以存儲其他的和用戶相關的信息，例如該用戶是否是管理員、用戶所在的分桶（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方式讓服務器有一些計算壓力（例如加密、編碼和解碼），但是這些壓力相比磁盤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數據說話。

Session方式來存儲用戶id，一開始用戶的Session只會存儲在一臺服務器上。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服務器，例如：

所以如果要實現在 login.taobao.com登錄後，在其他的子域名下依然可以取到Session，這要求我們在多臺服務器上同步Session。

使用JWT的方式則沒有這個問題的存在，因爲用戶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設置爲頂級域名即可，例如

注意 domain必須設置爲一個點加頂級域名，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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