前后端的身份认证——Session 认证机制、JWT 认证机制
前后端的身份认证
- 1. 什么是身份认证
- 2. Session 认证机制
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- Cookie
- 工作原理
- 在 Express 中使用 Session 认证
- 3. JWT 认证机制
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- 工作原理
- 组成部分
- 使用方式
- 在 Express 中使用 JWT
1. 什么是身份认证
1.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。
2.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。
3.不同开发模式下的身份认证
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
注意：两种开发模式的简单了解可参考该文章两种主流Web 开发模式
2. Session 认证机制
1.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。
2.为了解决 HTTP 无状态的限制，我们可以使用 Cookie。
Cookie
1.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。
如图是百度的Cookie
2. 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。
3. Cookie的几大特性：
- 自动发送
- 域名独立
- 过期时限
- 4KB 限制
4.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。 之后，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。
5.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(比如：用户的身份信息、密码等)，通过 Cookie 的形式发送给浏览器。
6.服务器可通过认证Cookie的形式去提高身份认证的安全性。比如：为了防止客户伪造会员卡，收银员在拿到客户出示的会员卡之后，可以 在收银机上进行刷卡认证 。只有收银机确认存在的会员卡，才能被正常使用
注意：这种“会员卡 + 刷卡认证”的设计理念，就是 Session 认证机制的精髓。
工作原理
在 Express 中使用 Session 认证
1.在控制台执行命令npm i express-session安装 express-session 中间件，即可在项目中使用 Session 认证。
2.通过 app.use() 来注册 session 中间件
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()
const session = require('express-session')
// 配置 Session 中间件
app.use(session({
secret: 'key', // secret 属性的值可以为任意字符串
resave: false, //固定写法
saveUninitialized: true //固定写法
}))
3.通过 req.session 来访问和使用 session 对象，从而存储用户的关键信息：
// 登录的 API 接口
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' })
}
// 将登录成功后的用户信息，保存到 Session 中
// 注意：只有成功配置了 express-session 这个中间件之后，才能够通过 req 点出来 session 这个属性
// user、islogin是自己定义的存储属性
req.session.user = req.body // 用户的信息
req.session.islogin = true // 用户的登录状态
res.send({ status: 0, msg: '登录成功' })
})
4.可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据
// 获取用户姓名的接口
app.get('/api/username', (req, res) => {
// 请从 Session 中获取用户的名称，响应给客户端
if (!req.session.islogin) {
return res.send({ status: 1, msg: 'fail' })
}
res.send({
status: 0,
msg: 'success',
username: req.session.user.username, //获取
})
})
5.调用 req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息。
// 退出登录的接口
app.post('/api/logout', (req, res) => {
// 清空 Session 信息
req.session.destroy()
res.send({
status: 0,
msg: '退出登录成功',
})
})
6.完整代码
// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()
// TODO_01：请配置 Session 中间件
const session = require('express-session')
app.use(
session({
secret: 'itheima',
resave: false,
saveUninitialized: true,
})
)
// 托管静态页面
app.use(express.static('./pages'))
// 解析 POST 提交过来的表单数据
app.use(express.urlencoded({ extended: false }))
// 登录的 API 接口
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' })
}
// TODO_02：请将登录成功后的用户信息，保存到 Session 中
// 注意：只有成功配置了 express-session 这个中间件之后，才能够通过 req 点出来 session 这个属性
req.session.user = req.body // 用户的信息
req.session.islogin = true // 用户的登录状态
res.send({ status: 0, msg: '登录成功' })
})
// 获取用户姓名的接口
app.get('/api/username', (req, res) => {
// TODO_03：请从 Session 中获取用户的名称，响应给客户端
if (!req.session.islogin) {
return res.send({ status: 1, msg: 'fail' })
}
res.send({
status: 0,
msg: 'success',
username: req.session.user.username,
})
})
// 退出登录的接口
app.post('/api/logout', (req, res) => {
// TODO_04：清空 Session 信息
req.session.destroy()
res.send({
status: 0,
msg: '退出登录成功',
})
})
// 调用 app.listen 方法，指定端口号并启动web服务器
app.listen(80, function () {
console.log('Express server running at http://127.0.0.1:80')
})
7.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。
- 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
3. JWT 认证机制
工作原理
用户的信息通过 Token 字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。
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，格式如下：
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。
使用方式
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
在 Express 中使用 JWT
1.运行如下命令，安装如下两个 JWT 相关的包。jsonwebtoken用于生成 JWT 字符串，express-jwt 用于将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象。
npm install jsonwebtoken express-jwt
2.导入 JWT 相关的包
// TODO_01：安装并导入 JWT 相关的两个包，分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt
const jwt = require('jsonwebtoken')
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：
- 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
- 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
// TODO_02：定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
const secretKey = 'Key^^joney'
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) {
// 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
const userinfo = req.body
// 登录失败
if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') {
return res.send({
status: 400,
message: '登录失败！',
})
}
// 登录成功
// TODO_03：在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
// 参数1：用户的信息对象
// 参数2：加密的秘钥
// 参数3：配置对象，可以配置当前 token 的有效期
// 记住：千万不要把密码加密到 token 字符中
const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
res.send({
status: 200,
message: '登录成功！',
token: tokenStr, // 要发送给客户端的 token 字符串
})
})
5.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
// TODO_04：注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// unless用来指定哪些接口不需要访问权限
// 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
app.use(expressJWT({ secret: secretKey }).unless({ path: [/^\/api\//] }))
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) {
// TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
console.log(req.user)
res.send({
status: 200,
message: '获取用户信息成功！',
data: req.user, // 要发送给客户端的用户信息
})
})
7.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 Token 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：
// TODO_06：使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
// 这次错误是由 token 解析失败导致的
if (err.name === 'UnauthorizedError') {
return res.send({
status: 401,
message: '无效的token',
})
}
res.send({
status: 500,
message: '未知的错误',
})
})
8.完整代码
// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建 express 的服务器实例
const app = express()
// TODO_01：安装并导入 JWT 相关的两个包，分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt
const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')
// 允许跨域资源共享
const cors = require('cors')
app.use(cors())
// 解析 post 表单数据的中间件
const bodyParser = require('body-parser')
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }))
// TODO_02：定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
const secretKey = 'Key^^joney'
// TODO_04：注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// 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
app.use(expressJWT({ secret: secretKey }).unless({ path: [/^\/api\//] }))
// 登录接口
app.post('/api/login', function (req, res) {
// 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
const userinfo = req.body
// 登录失败
if (userinfo.username !== 'admin' || userinfo.password !== '000000') {
return res.send({
status: 400,
message: '登录失败！',
})
}
// 登录成功
// TODO_03：在登录成功之后，调用 jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端
// 参数1：用户的信息对象
// 参数2：加密的秘钥
// 参数3：配置对象，可以配置当前 token 的有效期
// 记住：千万不要把密码加密到 token 字符中
const tokenStr = jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
res.send({
status: 200,
message: '登录成功！',
token: tokenStr, // 要发送给客户端的 token 字符串
})
})
// 这是一个有权限的 API 接口
app.get('/admin/getinfo', function (req, res) {
// TODO_05：使用 req.user 获取用户信息，并使用 data 属性将用户信息发送给客户端
console.log(req.user)
res.send({
status: 200,
message: '获取用户信息成功！',
data: req.user, // 要发送给客户端的用户信息
})
})
// TODO_06：使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
// 这次错误是由 token 解析失败导致的
if (err.name === 'UnauthorizedError') {
return res.send({
status: 401,
message: '无效的token',
})
}
res.send({
status: 500,
message: '未知的错误',
})
})
// 调用 app.listen 方法，指定端口号并启动web服务器
app.listen(8888, function () {
console.log('Express server running at http://127.0.0.1:8888')
})