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用户认证问题

2016年08月25日

简介

安全性不是越高越好,而是够用就好。

环境风险:

  1. 被偷窥的风险
  2. 被抓包的风险
  3. 被伪造的风险

两个概念:

  1. Authentication,用户认证,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。
  2. Authorization,用户授权,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。

本文的主要脉络:

  1. 用户认证是什么,简单实现
  2. 基于token的实现
  3. 前两点是在同一公司站点内。那么扩展到不同公司的站点,比如访问开放服务,用户认证怎么做

具体工具

编码,防可见

Base64 is a group of similar binary-to-text encoding schemes that represent binary data in an ASCII string format by translating it into a radix-64 representation.

选用64个可见字符代表0~63, 以此将8bit转换为一个字符,进而将一个二进制数组(可以是json、字符串等任何文档)转换为字符串。关于Base64编码的理解

签名,防篡改

针对明文计算一个签名,传输时除明文外,还携带签名。在secret key没有暴露的前提下,接收方根据明文计算签名,如果签名一致,则表示明文内容没有被篡改。

目前笔者见到以下几种方式

  1. 将明文/明文base64编码 通过 HS256使用对称秘钥加密 加密,得到一个字符串。HS256是对称加密算法,与之对应的便是大名鼎鼎的RS256(即RSA)。
  2. 将明文 带上一个secret key 计算md5

密文,防可见 + 防篡改

RSA

有效期,防重放

用户认证

从服务端的角度说:服务端提供资源给客户端,但是某些资源是有条件的。所以服务端要能够识别请求者的身份,然后再判断所请求的资源是否可以给请求者。

从客户端的角度说: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。

Web开发中常见的认证机制

  1. http 四种认证方式,HTTP认证与https简介

    1. basic 认证,Authorization: Basic QWRlcGxveSdzIGJsb2c= Basic之后是username=password Base64加密后的值。本质就是每次http请求传输用户名和密码(没错,起初就是这么直接)
    2. digest 认证,basic 认证 的加强版
    3. https client 认证,
    4. form based 认证,认证信息作为请求参数,类似于Http基本认证
  2. Cookie/Session 认证机制
  3. 基于 Token 的认证机制,基本与Cookie/Session 认证机制类似,只是“sessionid”不再由tomcat存储。
  4. oauth

本文主要讲下后两种认证方式,cookie、token机制使得用户一次登录后,其它时间的请求不用再携带用户名和密码。

token 认证

关于JWT的两篇演进文章

JSON Web Token - 在Web应用间安全地传递信息

八幅漫画理解使用JSON Web Token设计单点登录系统

要点如下:

  1. JSON Web Token(JWT)是一个非常轻巧的规范。这个规范允许我们使用JWT在用户和服务器之间传递安全可靠的信息。具体的说,接收方可以确保信息自发送方发出后,没有被篡改过。文中的例子很经典,https://your.awesome-app.com/make-friend/?from_user=B&target_user=A 如果用户B触发url,则认为用户b愿意加A为好友。

    • 正常服务端逻辑。收到该请求,从请求中提取(比如cookie)用户B是否已登录的信息,如果确认是用户B,则进行相关操作。问题:该url可能在任何平台被触发,android/ios、网页、邮件中等,所以请求中不一定可以提取到用户B的登录信息。
    • 所以服务器对用户是否登录不做限定
    • 那么,用户b就可以任意添加好友了。
    • 因此,采用签名等手段,防止用户b篡改url
  2. 使用token之后,我们不仅可以做用户认证(有这个token,并且token有效的话,就可以认为用户登陆过),其潜在的约定还包括token中包含uid之类的信息,可以识别用户的身份。我们知道,通过session id可以拿到服务器保存在session会话中的kv,那么从token中拿到uid信息后, 服务器可以根据uid作出个性化反应。认证不是目的,作出个性化反应才是。不得不说,token搞这么一圈,只是将session的实现原理“显式化”了。

同一个作者演进的两篇文章

  1. Token - 服务端身份验证的流行方案
  2. 基于token的身份验证-2.0版本

token要能实现以下基本约束:

  1. 防伪造,哪怕算法泄漏

    • token中包括uid、随机数等信息,服务端存储uid与缓存的映射。收到请求后,从token中解析出uid,然后查询服务端<uid,token>的映射,判断token是否匹配
  2. 防冒充,拿着正常用户的token发送请求

    • token 计算中加入有效期
  3. 防重放,抓包到客户端请求, 然后不停地repeat

    对请求进行频控

基于token的多平台身份认证架构设计,该文章系统的论述了token系统理论问题

使用场景 来源 目的 有效期 过期后
网站一般页面访问 服务端生成 省去每次输入用户名和密码的问题 7天到一个月 用户重新输入登陆密码以确认授权
支付场景 服务端生成 一次交易的多个环节(订单、扣款等)用户授权确认 一次交易一个token 用户重新输入支付密码以确认授权
文件上传 客户端或服务端生成 服务端识别身份 看场景需求 服务端重新判断用户身份、占用资源等是否允许
推送APPKEY 和APPSercret 使用apns的推送服务,需要向apple 申请应用和密钥 服务端识别身份 一年 向apple申请

可以看到,对于用户之于一个网站,不是一个token便可以到处使用。

  1. 对于不同的用途、不同有效期、不同的平台,要准备多个token
  2. 不只用在访问网站上,用户有用户名和密码,各种andriod/ios sdk、java sdk有appkey 和 secretykey,这就是sdk的“用户名”和“密码”,。

环境风险:

  1. 被偷窥的风险
  2. 被抓包的风险
  3. 被伪造的风险

有意思的地方,基于token的安全认证:先使用用户名密码得到一个token,以后的请求使用token。https:先根据证书(crt之类)沟通一个对称秘钥,以后的请求使用对称加密,异曲同工。

oauth

前文主要讲述同一公司的所有站点如何做用户认证,那么在不同公司的用户站点如何实现用户认证?OAuth工作原理随想——让你的系统提供的服务更加安全

很多人会使用网盘来存放一些文件,像照 片、文档之类。当我们存取文件的时候,我们需要给网盘提供账户密码,这样网盘服 务就能验证我们的身份。账户密码作为认证方式,保证只有我们自己可以存取自己的文件。这个场景足够简单,但很快我们就遇到新需求:我们需要使用一个在线制作相册的应用。按正常的使用流程,我们需要把网盘的照片下载到本地,然后再把照片上传 到电子相册。这个过程是比较很繁琐的。我们能想到的优化方法是,让相册应用,直 接访问网盘来获取我们的照片,而这需要我们把用户名和密码授权给相册应用使用。这样的授权方式,优点显而易见,但缺点也是很明显的:我们把网盘的用户名密 码给了相册服务,相册服务就拥有了读写网盘的能力,从数据安全角度,这个是很可 怕的。

OAuth 协议是为了解决上述问题而设计的一种标准方案,相比把账户密码直接给三方应用,此协议采用了一种间接的方式来达到同样的 目的。

这个协议其实就做了两件事情:

  1. 在用户授权的情况下,三方应用获取 token 所表示的临时访问权限;
  2. 然后三方应用使用这个 token 去获取资源。

如果用网盘的例子来说明的话,那就是用户授权网盘服务给相册应用创建临时 token,然后相册应用使用这个 token 去网盘服务获取用户的照片。实际上 OAuth 2.0 各个变种的核心差别,在于第一件事情,就是用户授权资源服务器的方式。

资源服务器实际上扮演了鉴权和资源管理两种角 色,这两者分开实现的话,协议流程会变成下图这样。

其它

微服务架构中Auth Server设计

“一切历史都是现代史”,搞清楚来龙,有助于更好的理解原理。