前后端的身份认证

2023-11-22 14:24:16

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一、Web 开发模式

目前主流的 Web 开发模式有两种，分别是：

  1. 基于 服务端渲染 的传统 Web 开发模式

  2. 基于 前后端分离 的新型 Web 开发模式

1. 服务端渲染的 Web 开发模式

服务端渲染的概念：服务器发送给客户端的 HTML 页面，是在服务器通过字符串的拼接，动态生成的。因此，客户端不需要使用 Ajax 这样的技术额外请求页面的数据。代码示例如下：

app.get('/index.html', (req, res)=>{
    // 要渲染的数据
    const user = { name: 'zs', age: 20 }
    // 服务器端通过字符串的拼接，动态生成 HTML 内容
    const html = `<h1>姓名: ${user.name}, 年龄: ${user.age}</h1>`
    // 把生成好的页面内容响应给客户端，因此，客户端得到的是带有真是数据的 HTML 页面
    res.send(html)
})

服务端渲染的优点：

  • 前端耗时少。因为服务器端负责动态生成 HTML 内容，浏览器只需要直接渲染页面即可。尤其是移动端，更省电。
  • 有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的 HTML 页面内容，所以爬虫更容易爬取获得信息，更有利于 SEO。

服务端渲染的缺点

  • 占用服务器端资源。即服务器端完成 HTML 页面内容的拼接，如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力。
  • 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务器端渲染，则无法进行分工合作，尤其对于前端复杂度高的项目，不利于项目高效开发。

2. 前后端分离的 Web 开发模式

前后端分离的概念：前后端分离的开发模式，依赖于 Ajax 技术的广泛应用。简而言之，前后端分离的 Web 开发模式，就是后端只负责提供 API 接口，前端使用 Ajax 调用接口的开发模式。

前后端分离的优点：

  • 开发体验好。前端专注于 UI 页面的开发，后端专注于api 的开发，且前端有更多的选择性。
  • 用户体验好。Ajax 技术的广泛应用，极大的提高了用户的体验，可以轻松实现页面的局部刷新。
  • 减轻了服务器端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的

前后端分离的缺点：

  • 不利于 SEO。因为完整的 HTML 页面需要在客户端动态拼接完成，所以爬虫对无法爬取页面的有效信息。（解决方案：利用 Vue、React 等前端框架的 SSR （server side render）技术能够很好的解决 SEO 问题！）

3. 如何选择 Web 开发模式

不谈业务场景而盲目选择使用何种开发模式都是耍流氓。

⚫ 比如企业级网站，主要功能是展示而没有复杂的交互，并且需要良好的 SEO，则这时我们就需要使用服务器端渲染；

⚫ 而类似后台管理项目，交互性比较强，不需要考虑 SEO，那么就可以使用前后端分离的开发模式。

另外，具体使用何种开发模式并不是绝对的，为了同时兼顾了首页的渲染速度和前后端分离的开发效率，一些网站采用了首屏服务器端渲染 + 其他页面前后端分离的开发模式。



二、身份认证

身份认证（Authentication）又称“身份验证”、“鉴权”，是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。
在 Web 开发中，也涉及到用户身份的认证，例如：各大网站的手机验证码登录、邮箱密码登录、二维码登录等。

身份认证的目的，是为了 确认当前所声称为某种身份的用户，确实是所声称的用户

不同开发模式下的身份认证
对于 服务端渲染 和 前后端分离 这两种开发模式来说，分别有着不同的身份认证方案：

  • 服务端渲染 推荐使用 Session 认证机制
  • 前后端分离 推荐使用 JWT 认证机制



三、 Session 认证机制

1. HTTP 协议的无状态性

HTTP 协议的无状态性，指的是客户端的 每次 HTTP 请求都是独立的，连续多个请求之间没有直接的关系，服务器不会主动保留每次 HTTP 请求的状态。
通过 cookie 能够突破 HTTP 无状态的限制

2. Cookie / Session

① 什么是 Cookie

Cookie 是 存储在用户浏览器中的一段不超过 4 KB 的字符串。它由一个名称（Name）、一个值（Value）和其它几个用于控制 Cookie 有效期、安全性、使用范围 的 可选属性 组成。它来自服务端的响应头中

不同域名下的 Cookie 各自独立，每当客户端发起请求时，会自动把当前域名下所有未过期的 Cookie 一同发送到服务器。

Cookie的几大特性：

  1. 自动发送
  2. 域名独立
  3. 过期时限
  4. 4KB 限制

前后端的身份认证


② Cookie 在身份认证中的作用

客户端第一次请求服务器的时候，服务器 通过响应头的形式 ，向客户端发送一个身份认证的 Cookie，客户端会自动将 Cookie 保存在浏览器中。

随后，当客户端浏览器每次请求服务器的时候，浏览器会 自动 将身份认证相关的 Cookie，通过请求头的形式 发送给服务器，服务器即可验明客户端的身份。

前后端的身份认证
客户端请求头中cookie为多个 cookie键值对 拼接成的字符串：
前后端的身份认证

注意： Cookie 不具有安全性
由于 Cookie 是存储在浏览器中的，而且浏览器也提供了读写 Cookie 的 API，因此 Cookie 很容易被伪造，不具有安全性。因此不建议服务器将重要的隐私数据，通过 Cookie 的形式发送给浏览器。

所以，千万不要使用 Cookie 存储重要且隐私的数据！比如用户的身份信息、密码等。


③ Session

Session 用来提高身份认证的安全性，其工作原理如下图：
前后端的身份认证

session：实际上就是一个对象，存储在服务端的内存中，在session对象中也可以存储多条数据，每一条数据都有一个sessionid做为唯一标识。
注意：当网站服务器重启的时候session会失效


3. 在 Express 中使用 Session 认证

express-session - npm (npmjs.com)

① 安装 express-session 中间件

在 Express 项目中，只需要安装 express-session 中间件，即可在项目中使用 Session 认证：npm install express-session

② 配置 express-session 中间件

express-session 中间件安装成功后，需要通过 app.use() 来注册 session 中间件，示例代码如下：

// 导入 session 中间件
const session = require('express-session')

// 配置 session 中间件
app.use(session({
	secret: 'keyboard cat', // secret 属性值可以是任意字符串
	resave: false, // 固定写法
	saveUninitialized: true // 固定写法
}))

③ 向 session 中存数据

当 express-session 中间件配置成功后，即可通过req.session来访问和使用 session 对象，从而存储用户的关键信息：
注意，若 session 中间件配置失败，req 内就没有session

app.post('/api/login', (req, res) => {
	// 判断用户提交的登录信息是否正确
	if(req.body.username !== 'admin' || req.body.password !== '000000') {
		return res.send({status: 1, msg: '登录失败!'})
	}
	
	req.session.user = req.body // 将用户信息存储到 Session 中
	req.session.islogin = true  // 将用户的登录状态存储到 Session 中
	
	res.send({status: 0, msg: '登录成功!'})
})

④ 从 session 中取数据

可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据，示例代码如下：

// 获取用户姓名的接口
app.get('/api/username', (req, res) => {
	// 判断用户是否登录
	if(!req.session.islogin) {
		return res.send({status: 1, msg: 'fail'})
	}
	res.send({status: 0, msg: 'success', username: req.session.user.username})
})

⑤清空 session

调用 req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息，注意，这并不会删除所有的session 信息，只删除相对应的session信息

// 退出登录接口
app.post('/api/logout', (req, res) => {
	// 清空当前客户端对应的 session 信息
	req.session.destroy();
	res.send({
		status: 0,
		msg: '退出登录成功'
	})
})


四、JWT 认证机制

JSON Web Token 入门教程 - 阮一峰的网络日志

1. session 认证的局限性

Session 认证机制 需要配合 Cookie 才能实现。由于 Cookie 默认不支持跨域访问，所以，当涉及到 前端跨域请求后端接口 的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域 Session 认证。
注意：
⚫ 当前端请求后端接口 不存在跨域问题 的时候，推荐使用 Session 身份认证机制。
⚫ 当前端需要跨域请求后端接口的时候，不推荐使用 Session 身份认证机制，推荐使用 JWT 认证机制。

2. JWT 简介

JWT（英文全称：JSON Web Token）是目前 最流行 的 跨域认证解决方案

JWT 的工作原理

前后端的身份认证

JWT 的组成部分

JWT 通常由三部分组成，分别是 Header（头部）、Payload（有效荷载）、Signature（签名）。
三者之间使用英文的.分隔，格式为: Header.Payload.Signature， 比如：
前后端的身份认证
Payload 部分才是 真正的用户信息，它是用户信息经过加密之后生成的字符串。
Header 和 Signature 是 安全性相关的部分，只是为了保证 Token 的安全性。
前后端的身份认证

3. 在 Express 中使用 JWT

客户端收到服务器返回的 JWT 之后，通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。
此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT 的字符串，从而进行身份认证。推荐的做法是 把 JWT 放在 HTTP 请求头的 Authorization 字段中，格式如下：

Authorization: Bearer <token>

① 安装 JWT 相关的包

运行如下命令，安装如下两个 JWT 相关的包：

npm install jsonwebtoken express-jwt

② 导入 JWT 相关的包

使用 require() 函数，在项目分别导入 JWT 相关的两个包：

// 导入 用于生成 JWT 字符串 的包
const jwt = require('jsonwebtoken')
// 导入用于将客户端发送过来的 JWT 字符串，解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

③ 定义 secret 密钥

为了 保证 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于 加密 和 解密 的 secret 密钥：

  1. 当生成 JWT 字符串的时候，需要使用 secret 密钥对用户的信息 进行加密 ，最终得到加密好的 JWT 字符串
  2. 当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候，需要使用 secret 密钥 进行解密 
// secret 密钥 是一个自定义的字符串，建议以 ‘secretKey’ 命名
const secretKey	= 'hello World ^_^'

④ 在登录成功后生成 JWT 字符串

调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，将用户的信息加密成 JWT 字符串，响应给客户端：

// 登录接口
app.post('/api/login', function(req, res){
	// 省略登录失败下的代码
	// 用户登录成功后，生成 JWT 字符串，并响应给客户端
	res.send({
		status: 200,
		message: '登录成功!',
		/* 
		jwt.sign(param1, param2, param3): 生成 JWT 字符串
			param1: 用户信息对象
			param2: 加密密钥
			param3: 配置对象，其中expriesIn表示所生成的 JWT 字符串的有效时间	
		*/
		// 注意：千万不要把密码加密到 token 字符中
		token: jwt.sign({username: userinfo.username}, secretKey, {expriesIn:	'30s'})
	})	
})

⑤ 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象

客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过 请求头中的 Authorization 字段 ，将 Token 字符串发送到服务器进行身份认证。
此时，服务器可以通过 express-jwt 这个中间件，自动将客户端发送过来的 Token 解析还原成 JSON 对象：

// 使用 app.use 来注册中间件
// expressJWT({secret: secretKey}) 就是用来解析 jwt加密字符串 的中间件,
// 注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就可以把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上，供后续有权限的接口使用
// .unless({path: [/^\/api\//]}) 用来指定后续的哪些接口不需要访问权限
app.use(expressJWT({ secret: secretKey}).unless({path: [/^\/api\//]}))

Node.js 使用 express-jwt 解析 JWT -- 稀土掘金


⑥ 使用 req.user 获取用户信息

当 express-jwt 这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用 req.user 对象，来访问从 JWT 字符串中解析出来的用户信息了，示例代码如下：

// 这是一个有权限的API接口
app.get('/admin/getinfo', function(req, res) {
	console.log(req.user)
	res.send({
		status: 200,
		message: '获取用户信息成功!',
		data: req.user
	})
})

⑥ 捕获解析 JWT 失败后产生的错误

当使用 express-jwt 解析 Token 字符串时，如果客户端发送过来的 JWT加密字符串 过期或不合法，会产生一个 解析失败 的错误，影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误并进行相关的处理，示例代码如下：

app.use((err, req, res, next) => {
	// JWT 加密字符串解析失败导致的错误
	if(err.name === 'UnauthorizedError') {
		return res.send({status: 401, message: '无效的JWT字符串'})
	}
	// 其他原因导致错误
	res.send({status: 500, message: '位置错误'})
})
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