cookie、session、token、jwt

cookie产生背景

由于HTTP协议是无状态的，而服务器端的业务必须是要有状态的。Cookie诞生的最初目的是为了存储web中的状态信息，以方便服务器端使用。比如判断用户是否是第一次访问网站

cookie

1. Cookie是客户端技术，程序把每个用户的数据以cookie的形式写给用户各自的浏览器。当用户使用浏览器再去访问服务器中的web资源时，就会带着各自的数据去。这样，web资源处理的就是用户各自的数据了。
2. cookie的处理:

• 服务器像客户端发送cookie
• 浏览器将cookie保存
• 之后每次http请求浏览器都会将cookie发送给服务器端

3. Java提供的操作Cookie的API

Java中的javax.servlet.http.Cookie类用于创建一个Cookie

方法	类型	描述
Cookie(String name,String value)	构造方法	实例化Cookie对象，传入cooke名称和cookie的值
public String getName()	普通方法	取得Cookie的名字
public String getValue()	普通方法	取得Cookie的值
public void setValue(String newvalue)	普通方法	设置Cookie的值
public void setMaxAge(int expiry)	普通方法	设置Cookie的最大保存时间，即cookie的有效期，当服务器给浏览器回送一个cookie时，如果在服务器端没有调用setMaxAge方法设置cookie的有效期，那么cookie的有效期只在一次会话过程中有效，用户开一个浏览器，点击多个超链接，访问服务器多个web资源，然后关闭浏览器，整个过程称之为一次会话，当用户关闭浏览器，会话就结束了，此时cookie就会失效，如果在服务器端使用setMaxAge方法设置了cookie的有效期，比如设置了30分钟，那么当服务器把cookie发送给浏览器时，此时cookie就会在客户端的硬盘上存储30分钟，在30分钟内，即使浏览器关了，cookie依然存在，在30分钟内，打开浏览器访问服务器时，浏览器都会把cookie一起带上，这样就可以在服务器端获取到客户端浏览器传递过来的cookie里面的信息了，这就是cookie设置maxAge和不设置maxAge的区别，不设置maxAge，那么cookie就只在一次会话中有效，一旦用户关闭了浏览器，那么cookie就没有了，那么浏览器是怎么做到这一点的呢，我们启动一个浏览器，就相当于启动一个应用程序，而服务器回送的cookie首先是存在浏览器的缓存中的，当浏览器关闭时，浏览器的缓存自然就没有了，所以存储在缓存中的cookie自然就被清掉了，而如果设置了cookie的有效期，那么浏览器在关闭时，就会把缓存中的cookie写到硬盘上存储起来，这样cookie就能够一直存在了。
public int getMaxAge()	普通方法	获取Cookies的有效期
public void setPath(String Url)	普通方法	设置cookie的有效路径，比如把cookie的有效路径设置为"/xdp"，那么浏览器访问"xdp"目录下的web资源时，都会带上cookie，再比如把cookie的有效路径设置为"/xdp/gacl"，那么浏览器只有在访问"xdp"目录下的"gacl"这个目录里面的web资源时才会带上cookie一起访问，而当访问"xdp"目录下的web资源时，浏览器是不带cookie的
public String getPath()	普通方法	获取cookie的有效路径
public void setDomain(String pattern)	普通方法	设置cookie的有效域
public String getDomain()	普通方法	获取cookie的有效域

response接口也中定义了一个addCookie方法，它用于在其响应头中增加一个相应的Set-Cookie头字段。 同样，request接口中也定义了一个getCookies方法，它用于获取客户端提交的Cookie。

package gac.xdp.cookie;

import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.util.Date;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.Cookie;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

/**
 * @author gacl
 * cookie实例：获取用户上一次访问的时间
 */
public class CookieDemo01 extends HttpServlet {

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        //设置服务器端以UTF-8编码进行输出
        response.setCharacterEncoding("UTF-8");
        //设置浏览器以UTF-8编码进行接收,解决中文乱码问题
        response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        //获取浏览器访问访问服务器时传递过来的cookie数组
        Cookie[] cookies = request.getCookies();
        //如果用户是第一次访问，那么得到的cookies将是null
        if (cookies!=null) {
            out.write("您上次访问的时间是：");
            for (int i = 0; i < cookies.length; i++) {
                Cookie cookie = cookies[i];
                if (cookie.getName().equals("lastAccessTime")) {
                    Long lastAccessTime =Long.parseLong(cookie.getValue());
                    Date date = new Date(lastAccessTime);
                    out.write(date.toLocaleString());
                }
            }
        }else {
            out.write("这是您第一次访问本站！");
        }
        
        //用户访问过之后重新设置用户的访问时间，存储到cookie中，然后发送到客户端浏览器
        Cookie cookie = new Cookie("lastAccessTime", System.currentTimeMillis()+"");//创建一个cookie，cookie的名字是lastAccessTime
        //将cookie对象添加到response对象中，这样服务器在输出response对象中的内容时就会把cookie也输出到客户端浏览器
        response.addCookie(cookie);
    }

    public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        doGet(request, response);
    }

}

session

1. session的处理:
2. 浏览器第一次访问服务器，服务器会创建一个session，并生成一个sessionId
3. 将sessionid及对应的session分别作为key和value保存到缓存中，也可以持久化到数据库中
4. 服务器再把sessionid，以cookie的形式发送给客户端
5. 浏览器下次再访问时，会直接带着cookie中的sessionid。然后服务器根据sessionid找到对应的session进行匹配；
6. session常用方法

public void setAttribute(String name,String value)设定指定名字的属性的值，并将它添加到session会话范围内，如果这个属性是会话范围内存在，则更改该属性的值。
  
public Object getAttribute(String name)在会话范围内获取指定名字的属性的值，返回值类型为object，如果该属性不存在，则返回null。
  
public void removeAttribute(String name)，删除指定名字的session属性，若该属性不存在，则出现异常。  

public void invalidate（），使session失效。可以立即使当前会话失效，原来会话中存储的所有对象都不能再被访问。  

public String getId( )，获取当前的会话ID。每个会话在服务器端都存在一个唯一的标示sessionID，session对象发送到浏览器的唯一数据就是sessionID，它一般存储在cookie中。  

public void setMaxInactiveInterval(int interval) 设置会话的最大持续时间，单位是秒，负数表明会话永不失效。  

public int getMaxInActiveInterval（）,获取会话的最大持续时间。  

使用session对象的getCreationTime()和getLastAccessedTime()方法可以获取会话创建的时间和最后访问的时间，但其返回值是毫秒，一般需要使用下面的转换来获取具体日期和时间。  

3.基于session的用户认证

image.png
image.png

token(访问资源的令牌)

1.token处理流程:

1. 把用户的用户名和密码发到后端
2. 后端进行校验，校验成功会生成token, 把token发送给客户端

3. 客户端自己保存token, 再次请求就要在Http协议的请求头中带着token去访问服务端，和在服务端保存的token信息进行比对校验。

   
   image.png

JWT(json web token)

组成：
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。
一、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。
二、载荷（Payload）

{
    "iss": "John Wu JWT",
    "iat": 1441593502,
    "exp": 1441594722,
    "aud": "www.example.com",
    "sub": "jrocket@example.com",
    "from_user": "B",
    "target_user": "A"
}

验证流程：

1. 在头部信息中声明加密算法和常量， 然后把header使用json转化为字符串
2. 在载荷中声明用户信息，同时还有一些其他的内容；再次使用json 把载荷部分进行转化，转化为字符串
3. 使用在header中声明的加密算法和每个项目随机生成的secret来进行加密， 把第一步分字符串和第二部分的字符串进行加密， 生成新的字符串。词字符串是独一无二的。
4. 解密的时候，只要客户端带着JWT来发起请求，服务端就直接使用secret进行解密。
   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

三、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。
特点：

1. 三部分组成，每一部分都进行字符串的转化
2. 解密的时候没有使用数据库，仅仅使用的是secret进行解密。

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJmcm9tX3VzZXIiOiJCIiwidGFyZ2V0X3VzZXIiOiJBIn0.rSWamyAYwuHCo7IFAgd1oRpSP7nzL7BF5t7ItqpKViM

和session的区别:

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。

• 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。
• 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中单独为每个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。

基于token的认证方案

image.png