Token原理

Posted 2023-03-28 Micrle_007

Q：分布式场景下如何生成token以及使用token的流程：

在分布式场景下，可以采用以下方式生成 token 和进行权限认证：

1. 生成 token：

使用JWT（JSON Web Token）生成 token。JWT 是一种基于 JSON 的开放标准（RFC 7519），定义了一种简洁的、自包含的方式，用于通信双方之间以 JSON 对象的形式安全地传递信息（token）。JWT 包含了三部分：头部、载荷和签名。头部包含了 token 的类型和采用的加密算法，载荷则包含了需要传递的信息，签名则是对头部和载荷的一种数字签名，用于验证 token 的合法性。可以使用各种编程语言提供的 JWT 库生成和解析 JWT。

2. 实现权限认证：

使用 JWT 进行权限认证。客户端在请求 API 时将生成的 token 放入请求头中，在服务端对请求进行处理时，可以对 token 进行解析和验证，根据载荷中的信息进行权限认证。同时，服务端也可以在响应头中返回新的 token，用于更新之前的 token，以确保 token 在有效期内进行使用。服务端可以使用单点登录（SSO）的机制，使用中心化的认证服务（如 CAS、OAuth2 等）进行统一认证和授权管理。

在分布式场景下，由于系统的不同服务可能由不同的开发人员以及用于不同目的，所以统一的认证服务非常必要，可以节省时间与避免低级的错误。而 JWT 是一种解决方案，具有可靠性高、灵活性强、使用方便、可 html 单点登录等特点，可以在分布式环境下有效解决 token 和权限认证问题。

Q：详细说一下使用token的认证流程：

使用 token 进行认证的流程通常如下：

1. 用户使用用户名和密码进行登录，服务端验证身份并生成一个 token。
2. 服务端将生成的 token 返回给客户端，在响应头中包含 Authorization 字段，并指定 token 的类型（例如 Bearer）。
3. 客户端将 token 存储在本地，通常是通过存储在 cookie 或 local storage 中。
4. 客户端调用需要身份认证的 API 时，将 token 放入 HTTP 请求头中的 Authorization 字段中，并指定 token 的类型。
5. 服务端验证请求头中的 token 是否有效和合法，如果是，则响应请求并返回所需数据或执行所需操作，否则返回错误响应（例如 401 Unauthorized）。
6. 如果需要，服务端也可以在响应头中返回新的 token，用于更新之前的 token，以确保 token 在有效期内进行使用。

总的来说，token 认证的流程是在用户登录时获取 token，之后在 HTTP 请求头里携带 token，服务端在响应请求时对 token 进行验证并返回相应结果，同时可以在响应头中返回新的 token（用于更新之前的 token）。在此流程中，token 被用来验证用户身份，以及确保请求的合法性。

Q：如果服务A生成了token，下次客户端带着这个token访问服务B，这时候怎么处理

在这种情况下，服务器B不会直接接受和识别服务器A生成的 token。由于每个服务器的 token 签名验证密钥不同，因此服务器B无法验证来自服务器A的 token 是否有效。因此，如果客户端想要与服务器B进行交互，则需要重新获取由服务器B颁发的 token。

通常情况下，应该让客户端在已经获取新的 token 之后，再次向服务器B发送请求（包括新的 token）。此时，服务器B将验证新 token 的有效性，并响应请求或者返回错误信息，以此确保请求的安全性和有效性。如果新的 token 有效，则服务器B将继续进行后续处理，并在需要的情况下返回新的 token。这样，客户端就可以在以后的请求中使用新的 token。

Q： 如果服务A有1000台机器，那么每次访问不同的机器都需要重新生成token吗

如果某个服务A有1000台机器，那么客户端在访问服务A时，每次都需要使用相同的 token 来进行认证。

一种可行的方式是，在客户端获取 token 后，将其存储在持久化存储介质中（例如本地存储，Cookie，session等），每次访问服务A时，从存储介质中获取 token 后将其添加到 HTTP 请求头中。服务A的所有机器都可以验证这个 token 的有效性，因为它们可以从同一个持久化存储介质中获取 token。这样，客户端就可以在不同的机器上访问服务A，而无需每次都重新获取 token。

Q：如果是这样，服务端怎么判断这个token来自哪个客户端，还是说任何客户端只要拿到这个token就可以访问服务A

服务端通常会对每个 token 配置一个有效期、权限、以及其他自定义的信息。客户端在获取 token 后需要将这些信息发送给服务端，服务端根据信息判断该 token 是否有效以及该客户端是否有访问相应资源的权限。如果该 token 无效或者该客户端没有相应权限，则服务端会返回相应的错误信息，客户端无法访问该资源。

对于服务端和客户端之间的通信，可以使用 TLS/SSL 加密通信来保证通信的安全性。这样，任何客户端只要有有效的 token，且拥有访问相应资源的权限，就可以访问服务A。同时服务端可以根据 token 中的信息来判断这个 token 是来自哪个客户端，以及该客户端是否有访问相应资源的权限。

Q：token里怎么可以判断客户端信息，都可以包含哪些信息

Token 可以包含客户端的相关信息，以及其他自定义信息。具体可以包括以下内容：

1. 客户端信息：如客户端 IP、设备型号、设备操作系统等，这些信息可以用来识别客户端身份。

2. 有效期：Token 的有效期可以在生成 Token 时指定，服务端将根据有效期验证 Token 是否有效。

3. 权限信息：Token 也可以包含客户端的权限信息，例如某个客户端只有查看信息的权限，而其他客户端可以进行修改操作。

4. 其他自定义信息：Token 还可以包含其他数据，例如客户端的 ID、用户名等等。

在实际场景中，Token 的组成可以根据具体的业务需求进行定制。Token 一般由三部分组成：头部、载荷部分和签名部分。头部包含了 Token 的类型和加密算法；载荷部分包含上述提到的信息；签名部分用于对前两部分进行签名。通过这种方式，可以有效地保证 Token 的安全性和可靠性，并且可以合理地判断客户端身份和客户端的访问权限。

Q：签名的作用是什么

在计算机网络中，签名是一种用于保证数据完整性（不被篡改）和认证数据来源（确保数据是由合法的发送者发送的）的安全机制。具体来说，签名是在数据上附加一个特定的数字签名，该签名基于数据的内容和发送方的私钥进行计算，这个数字签名可以验证数据是否被篡改，并且可以证明数据确实来自于发送方。

在实际应用中，一些敏感数据需要在网络传输过程中保证其机密性和完整性。比如，银行在进行网银转账操作时，需要通过数字证书来对数据进行签名，确保数据在传输过程中不被篡改或者截获。这样，即使有人在传输过程中拦截了这些数据，也没有办法对其进行篡改，因为这样会导致数字签名无效。

除了用于数据的认证和完整性保护，数字签名还可以用于密码学的密钥交换和公钥验证等领域，保证交换和验证过程的安全性和正确性。

Q：token的签名是怎么实现的

在 Web 开发中，Token 的签名通常是基于 HMAC（Hash-based Message Authentication Code）算法实现的。HMAC 是一种加密算法，使用一个密钥和哈希函数对数据进行加密，从而生成具有一定唯一性和安全性的数据摘要。HMAC 算法结合了哈希函数的全局唯一性和密钥的保密性，确保了数据的完整性和安全性。

下面是一个基于 HMAC 算法实现 Token 签名的步骤：

1. 选择一个合适的密钥：密钥是用于加密和解密数据的字符串，应该足够长（通常为 256 位或更长）并且具有足够的随机性，以保证安全性。

2. 生成 Token：将需要签名的数据按照一定的格式组合起来生成 Token。例如，可以将用户 ID、过期时间、访问权限等信息按照一定的规则拼接在一起，并用某个分隔符分开。

3. 使用 HMAC 算法生成签名：使用密钥和哈希函数对 Token 进行加密，生成签名。我们在这里假设使用 SHA-256 哈希函数进行加密。

4. 将签名附加到 Token 上：将生成的签名追加到 Token 后面，组成最终的 Token。

5. 验证签名：在接收到 Token 后，接收方需要先将 Token 分离出签名和数据两部分，再使用保存的密钥和相同的哈希函数对数据进行加密，生成签名。然后将接收到的签名与生成的签名进行比较，如果两个签名相同，则说明 Token 是合法的，否则说明 Token 可能被篡改或伪造。

总之，基于 HMAC 算法的 Token 签名具有高效、安全、易用等优点，已经成为 Web 开发中 Token 签名的标准之一。

Q：如果token被篡改过，那token肯定就有变化了吧，直接比较客户端带着的token和服务端的是否一致不就行了吗，为什么还要签名

是的，如果 Token 被篡改过，它就会产生变化，可以通过比较客户端传递的 Token 和服务端存储的 Token 是否一致来检查 Token 是否合法。

但是，单纯比较 Token 是否一致并不能完全保证 Token 的安全性。因为 Token 是可以在一定程度上被破解并篡改的，如果攻击者知道了密钥，就可以重新生成一个有效的 Token。此外，如果 Token 中包含的数据并不是完全明文的，那么仅仅比较 Token 的值也无法保证数据的安全性。

因此，在实际使用中，需要使用 HMAC 这样的加密算法对 Token 进行签名，来保证 Token 的安全性和完整性。签名是通过在 Token 末尾添加一个签名串来实现的，该串是通过对 Token 和密钥进行哈希计算产生的，攻击者无法通过简单的篡改 Token 来重新生成一个有效的签名。服务端在接收到 Token 后，会先对 Token 进行拆分，然后使用相同的密钥和哈希算法计算 Token 中的数据的签名，并将其与 Token 末尾的签名串进行比较，以判断 Token 是否合法。

因此，使用签名来校验 Token 合法性，能够更有效地保证数据的安全性和完整性。

Q：即使攻击者知道了密匙，那生成的token也是变化的吧，直接比较token是否和服务端一致不也是可以的吗

如果攻击者知道了密钥，就能够重新生成与服务端原始 Token 相同的 Token，而不需要修改原始 Token（注意这里所说的token是没有签名的token）。因此，如果仅仅比较 Token 的值是否一致，无法确保 Token 的安全性。

使用签名算法是为了确保 Token 的安全性和完整性。签名算法结合密钥和哈希算法来计算 Token 的签名值，并将签名值添加到 Token 的末尾。服务端在接收到 Token 后，会使用相同的密钥和哈希算法计算 Token 数据的签名值，并比较服务端计算出的签名值和 Token 中的签名值是否相同。如果相同，则说明 Token 是合法的；如果不同，则说明 Token 被篡改过，无法通过校验。

因此，使用签名算法能够更加安全地保护 Token，确保数据的安全性和完整性，比仅仅比较 Token 的值是否一致更加可靠。