用户认证：基于jwt和session的区别和优缺点

Posted 2021-01-25 yuanrw

背景知识：

Authentication和Authorization的区别：

Authentication：用户认证，指的是验证用户的身份，例如你希望以小A的身份登录，那么应用程序需要通过用户名和密码确认你真的是小A。

Authorization：授权，指的是确认你的身份之后提供给你权限，例如用户小A可以修改数据，而用户小B只能阅读数据。

由于http协议是无状态的，每一次请求都无状态。当一个用户通过用户名和密码登录了之后，他的下一个请求不会携带任何状态，应用程序无法知道他的身份，那就必须重新认证。因此我们希望用户登录成功之后的每一次http请求，都能够保存他的登录状态。

目前主流的用户认证方法有基于token和基于session两种方式。

基于session的用户认证

基于session的认证流程如下：

 

1. 用户输入其登录信息

2. 服务器验证信息是否正确，并创建一个session，然后将其存储在数据库中

3. 服务器为用户生成一个sessionId，将具有sesssionId的Cookie将放置在用户浏览器中

4. 在后续请求中，会根据数据库验证sessionID，如果有效，则接受请求

5. 一旦用户注销应用程序，会话将在客户端和服务器端都被销毁

 

基于token（令牌）的用户认证

最常用的是JSON Web Token（jwt）：

 

1. 用户输入其登录信息

2. 服务器验证信息是否正确，并返回已签名的token

3. token储在客户端，例如存在local storage或cookie中

4. 之后的HTTP请求都将token添加到请求头里

5. 服务器解码JWT，并且如果令牌有效，则接受请求

6. 一旦用户注销，令牌将在客户端被销毁，不需要与服务器进行交互一个关键是，令牌是无状态的。后端服务器不需要保存令牌或当前session的记录。

 

jwt的组成

jwt的认证原理：

一个jwt实际上就是一个字符串，它由三部分组成，头部、载荷与签名，这三个部分都是json格式。

头部（Header）

头部用于描述关于该JWT的最基本的信息，例如其类型以及签名所用的算法等。

{
  "typ": "JWT",
  "alg": "HS256"
}

在这里，我们说明了这是一个JWT，并且我们所用的签名算法是HS256算法。

 

载荷（Payload）

载荷可以用来放一些不敏感的信息。

{
    "iss": "John Wu JWT",
    "iat": 1441593502,
    "exp": 1441594722,
    "aud": "www.example.com",
    "sub": "[email protected]",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

这里面的前五个字段都是由JWT的标准所定义的。

• iss: 该JWT的签发者
• sub: 该JWT所面向的用户
• aud: 接收该JWT的一方
• exp(expires): 什么时候过期，这里是一个Unix时间戳
• iat(issued at): 在什么时候签发的

把头部和载荷分别进行Base64编码之后得到两个字符串，然后再将这两个编码后的字符串用英文句号.连接在一起（头部在前），形成新的字符串：

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0

 

签名（signature）

最后，我们将上面拼接完的字符串用HS256算法进行加密。在加密的时候，我们还需要提供一个密钥（secret）。加密后的内容也是一个字符串，最后这个字符串就是签名，把这个签名拼接在刚才的字符串后面就能得到完整的jwt。header部分和payload部分如果被篡改，由于篡改者不知道密钥是什么，也无法生成新的signature部分，服务端也就无法通过，在jwt中，消息体是透明的，使用签名可以保证消息不被篡改。

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

 

区别和优缺点：

基于session和基于jwt的方式的主要区别就是用户的状态保存的位置，session是保存在服务端的，而jwt是保存在客户端的。

 

jwt的优点：

1. 可扩展性好

应用程序分布式部署的情况下，session需要做多机数据共享，通常可以存在数据库或者redis里面。而jwt不需要。

2. 无状态

jwt不在服务端存储任何状态。RESTful API的原则之一是无状态，发出请求时，总会返回带有参数的响应，不会产生附加影响。用户的认证状态引入这种附加影响，这破坏了这一原则。另外jwt的载荷中可以存储一些常用信息，用于交换信息，有效地使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

 

jwt的缺点：

1. 安全性

由于jwt的payload是使用base64编码的，并没有加密，因此jwt中不能存储敏感数据。而session的信息是存在服务端的，相对来说更安全。

2. 性能

jwt太长。由于是无状态使用JWT，所有的数据都被放到JWT里，如果还要进行一些数据交换，那载荷会更大，经过编码之后导致jwt非常长，cookie的限制大小一般是4k，cookie很可能放不下，所以jwt一般放在local storage里面。并且用户在系统中的每一次http请求都会把jwt携带在Header里面，http请求的Header可能比Body还要大。而sessionId只是很短的一个字符串，因此使用jwt的http请求比使用session的开销大得多。

3. 一次性

无状态是jwt的特点，但也导致了这个问题，jwt是一次性的。想修改里面的内容，就必须签发一个新的jwt。

（1）无法废弃

通过上面jwt的验证机制可以看出来，一旦签发一个jwt，在到期之前就会始终有效，无法中途废弃。例如你在payload中存储了一些信息，当信息需要更新时，则重新签发一个jwt，但是由于旧的jwt还没过期，拿着这个旧的jwt依旧可以登录，那登录后服务端从jwt中拿到的信息就是过时的。为了解决这个问题，我们就需要在服务端部署额外的逻辑，例如设置一个黑名单，一旦签发了新的jwt，那么旧的就加入黑名单（比如存到redis里面），避免被再次使用。

（2）续签

如果你使用jwt做会话管理，传统的cookie续签方案一般都是框架自带的，session有效期30分钟，30分钟内如果有访问，有效期被刷新至30分钟。一样的道理，要改变jwt的有效时间，就要签发新的jwt。最简单的一种方式是每次请求刷新jwt，即每个http请求都返回一个新的jwt。这个方法不仅暴力不优雅，而且每次请求都要做jwt的加密解密，会带来性能问题。另一种方法是在redis中单独会每个jwt设置过期时间，每次访问时刷新jwt的过期时间。

 

可以看出想要破解jwt一次性的特性，就需要在服务端存储jwt的状态。但是引入 redis 之后，就把无状态的jwt硬生生变成了有状态了，违背了jwt的初衷。而且这个方案和session都差不多了。

 

总结

适合使用jwt的场景：

• 有效期短
• 只希望被使用一次

比如，用户注册后发一封邮件让其激活账户，通常邮件中需要有一个链接，这个链接需要具备以下的特性：能够标识用户，该链接具有时效性（通常只允许几小时之内激活），不能被篡改以激活其他可能的账户，一次性的。这种场景就适合使用jwt。

而由于jwt具有一次性的特性。单点登录和会话管理非常不适合用jwt，如果在服务端部署额外的逻辑存储jwt的状态，那还不如使用session。