写这篇文章的初衷来源于最近心血来潮想独立开发一款自己的产品，由于本人一直从事Android开发，但产品又需要数据的支持，迫于无奈又捡起了我那半桶水的服务端开发，在做架构设计的时候遇到了一些问题，下面想谈谈在Servier/APP通讯中对用户身份安全认证的一些思考，也希望可以抛砖引玉，和大家一起探讨出更好的解决方案。
本文章打算从下面几个点切入：
1、认识什么是Session和Token认证？
2、Session和Token认证分别会引发些什么问题？
3、如何解决这些问题，还有更深层次的思考？
Session认证
由于HTTP请求协议是无状态的，用户每次访问服务器，对服务器而言都是全新的访客，服务器没有办法识别是哪个用户，更不用说去记录用户上一次的活动状态了，所以我们需要某种机制来维持这个关系，就这样Session诞生了，每一个Session都对应着一个SessionId（唯一标识），在这个Session里可以保存用户的各种状态信息，那服务器要怎么识别Session具体属于哪个用户的呢，此时Cookie就派上用场了，它是存放在客户端的，里面记录着一个SessionId，只要用户在请求服务器的时候，带上这个Cookie，也就可以和服务器“相认”了。
Session认证会引发的一些问题
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由于Session是存放在服务器的内存中的，随着用户量的增加，会导致服务器内存吃紧，压力和开销也明显增大。
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当业务量足够大，单台服务器吃不消的时候，我们往往会做负载均衡来分担单台服务器的压力，此时就会面临到一些问题，比如用户在A服务器登录建立起Session会话，当再次访问服务器的时候，被负载均衡策略代理到了B服务器上，此时B服务器上是没有该用户的Session会话的，会导致用户需要重新登录等。
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在移动端上，每次请求服务器都要带上Cookie，有点显得“过重”，并且也不是很好“维护”。
当然，以上提到的这些点，对于现在来说已经有很多成熟的解决方案了：
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比如内存吃紧，单台服务器压力过大，自动扩容就可以解决这个问题。
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在做服务器负载均衡的时候，可能会导致用户丢失Session会话，只要处理好Session的保持、复制或者共享即可，比如用Nginx 做负载均衡的Session保持，Tomcat来做Session的复制，通过KV数据库来做Session的共享，比如Redis等。
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要在移动端上维护Cookie，GitHub上也有一些开源框架，可以很轻松的帮我们处理这个问题。
既然问题都可以得到解决，为什么我还想去谈Token认证，其实这只是“另外一种”解决问题的思路，能让问题更加友好，更加不费力的解决。
Token认证
Token认证也是无状态的，它的出现使得服务器不再需要为每个用户在内存中开辟一个Session会话，简单点说，就是在用户登录成功的时候，服务器会给用户颁发一个特殊的令牌（Token），这个令牌类似于身份证，每个用户都是不一样的，每次用户访问服务器的时候，只需要带上这个令牌，服务器便可知道具体是哪个用户，对于客户端而言，它只是一串字符串，维护起来很轻松，比如可以存放在内存，缓存文件，数据库，或者so文件中，对于服务端而言，很大程度上节约了内存的开销，只需要将用户id和token做KV的关联即可。
Token认证会引发的一些问题
1、如何传递Token才是比较安全的做法？
2、如何防范当传输信息被非法盗取后发起的恶意请求？
针对以上的问题，我们一步步的来探讨：
首先我们对Token认证做了简单的介绍，这时候我们应该去考虑，当用户去访问服务器的时候，如果只是简单的将Token拼接在URL之后，或者附带在HTTP请求头里，这样是很容易被窃取的，由于Token是客户端和服务器之间唯一识别的凭证，只要知道了这个Token和它所携带的方式，那么就可以模拟用户的一些操作了，比如修改用户信息，虚拟财产交易，更改订单状态等。
如何传递Token才是比较安全的做法？
1、这里引入一个比较主流的规范：JWT
JSON WEB Token(JWT)，是一种基于JSON的、用于在网络上声明某种主张的令牌(token)。JWT通常由三部分组成：头信息(header)，消息体(payload)和签名(signature)。
关于JWT一些更具体的信息，大家可以在https://jwt.io上了解，这里我就不做过多的介绍了，我直接切入主题。
JWT它是由三个部分组成的，分别是头部（Header)，载体（Payload），签名（Signature)，它们之间用字符串“.”进行连接，也就是：
头部（Header).载体（Payload）.签名（Signature)
官方对每个部分应该包含什么信息也给出了一些建议（并不是强制要求），这里我们来简单看一下：
头部（Header）：
由两部分组成：令牌类型，加密算法，比如：
{
"alg": "HS256",//加密算法为HS256
"typ": "JWT"//令牌类型为JWT
}
载体（Payload）：
由一些有效信息组成（不应该包含敏感信息，比如用户的手机，密码等），比如：
{
"sub": "1234567890",//面向的用户编号为1234567890
"name": "John Doe",//面向的用户名为John Doe
"admin": true//是否是管理员
}
到这里，可能有朋友会问，这信息也太简单了吧，一个布尔值就可以确定用户是不是管理员，那么我手动修改下信息，那是不是也可以变成管理员了，别着急，我们继续往下看。
关键部分，签名（Signature)，它是由头部和 载体两部分经过一些编码处理和加密组成的，官方给了一个示例：
HS256(
base64UrlEncode(header) + "." +
base64UrlEncode(payload),
secret)
我们可以看出这个签名是是由：
经过Base64编码的头部 + 字符串“.” + 经过Base64编码的载体一起拼成后的字符串，再和秘钥secret进行加密算法（头部指定的HS256算法）组成。
JWT生成示例
如上图所示，可以我们就可以得到JWT了，我们再来梳理一下流程：
当用户登录服务器的时候，服务器会根据用户的信息生成JWT，并保存在KV数据库里，然后回传给用户生成的JWT，用户下一次再访问服务器的时候只需要带上这个JWT，即可完成身份的验证。
JWT交互时序图
为什么这样可以保证信息的安全，因为签名（Signature）是由服务器通过头部和载体和加密算法组成，虽然头部和载体是可以通过Base64解码成明文的，但是我们在生成签名的时候已经确定好的里面的内容，加入用户篡改头部或者载体的信息，比如把管理员权限字段设置为true，那么和我们服务器所存的签名肯定是对应不起来的，这时候服务器就会拒绝掉该用户的请求。
关于JWT的优点：
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由JSON格式组成，所以具有跨平台性，可以支持各种编程语言。
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减少了服务器的压力，相比在内存中开辟Session，存储字符串明显来的省力许多，但是这里需要注意用户的规模，虽然这里我们减少了I/O的开销，但是我们却多了加解密的过程，两者需要权衡。
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解决了分布式共享Session的问题，不需要再去考虑文章开头所提到的负载均衡策略所带来的问题。
关于JWT的缺点：
没有什么东西是完美无瑕的，JWT虽然解决了一些问题，但是也同时带来了一些新的问题，我列举几个：
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无法控制单点登录，假设用户在A设备登录了服务器，服务器正常返回JWT，用户又在B设备登陆了服务器，服务器又返回一个JWT，此时2个JWT都是可用的，服务器没办法踢出其中任意设备的用户。
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当用户退出登录或者修改密码的时候，JWT没有办法回收，之前和朋友讨论过也看了一些开源项目，大多数的做法就是直接把JWT丢掉，类似删Cookie形式，但是这里还是存在安全隐患，如果被窃取，依旧会造成一些问题，因为这个JWT还是有效可用的。
可能有些朋友会说，在载体里面设置JWT的有效时间不就好了，但是这样又会导致新的问题，这个有效时间多久合适？太短，会造成用户频繁的过期登录，太长，当发生以上问题的时候，还是要忍耐有效期内的操作。 -
关于安全操作，回到文章开头的问题，当JWT被抓包窃取后，是不是就可以模拟用户（有效期内）操作了？比如修改用户的订单信息，频繁的调用验证码接口等，这里涉及到URL的重放等攻击，先不做深究，有时间再写一篇文章来详细说明。
如何防范当传输信息被非法盗取后发起的恶意请求？
2、另外一种加密Token的方式
整体执行流程还是不变的，只是在处理这个Token的时候，让它变得更安全（加密，时效，可控）
具体流程：
登录时序图
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客户端在登录的时候除了账号密码一些信息外，还要额外的带上客户端的本地时间戳。
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服务器验证账号密码，并求出当前服务器时间戳减去客户端时间戳的时间差，并生成一个Token，返回给客户端的信息为：用户编号（不一定是数据表的自增id，出自一些安全性的考虑，文章篇幅有限，这里就暂不拓展讲了），时间差，Token等信息，并在KV数据库（比如Redis）建立用户编号->Token关系。
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客户端存储用户编号，Token和时间差，再下一次访问服务器的时候，利用访问的URL，用户编号，Token，访问时间（客户端本地时间戳 + 时间差）加密（可以是对称或者非对称加密）形成一个签名（signature），然后再重新拼接url+用户编号+访问时间+签名 去访问服务器。
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服务器接收到客户端请求，首先判断访问时间是否超过当前时间30秒（自定义），如果有则拒绝请求，如果没有，根据用户编号到KV数据库获取Token，然后进行同样的算法得出签名与客户端传递的签名相比对，如果一样则方可通过，否则拒绝。
这种方案的好处：
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让访问链接具备时效性，为什么要去判断这个访问时间？就是防止链接被重用（URL重放），避免接口被抓包获取，被重复使用，这样一来，就算完整的链接暴露了，这个链接的有效访问时间也只有30秒。
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解决了用户单点登录，修改密码，登出的问题，因为Token是由服务器维护的，在用户信息以上操作的时候，我们对Token进行刷新即可，利用旧的Token再生成签名自然校验就不通过了。
关于客户端Token的保存
这里针对客户端而外再提一下关于Token的保存，毕竟客户端存在被反编译的风险的，因为本人对Android开发比较熟悉，这里就拿Android来举例：
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做好代码的混淆和加固是最根本的。
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不要把这些比较重要的信息写在配置文件，缓存文件，数据库里等，因为Android系统是可以通过Root拿到高级权限的。
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我们可以把Token的生成策略存放so文件中，然后用JNI去调用，因为so文件是由C++编写的，反编译难度大大增大，可能有人会说那我拷贝so文件，不就依旧可以在其他地方使用了吗？所以我们也可以采取点其他方法，比如添加包名的验证等。
好了，文章到这里就收尾了，以上是本人对服务端身份校验的一些理解与思考，由于篇幅的限制，有些地方没有办法讲的太细，也肯定存在不足的地方（比如在登录，发送验证码，下订单等涉及到安全操作的时候使用HTTPS），希望有更好方案的朋友一起交流。
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