前后端的身份认证以及登陆

前后端的身份认证

前几天一个月薪35k的兄弟，给我推了一个人工智能学习网站，看了一段时间挺有意思的。包括语音识别、机器翻译等从基础到实战都有，很详细，分享给大家。大家及时保存，说不定啥时候就没了。

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

服务端渲染概念：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) => {
  // 1、要渲染的数据
  const user = { name: 'zs', age: 20 };
  // 2、服务器端通过字符串的拼接，动态生成 html 内容
  const html = `
姓名: ${user.name}, 年龄：${user.age}` 
  // 3、把生成好的页面内容响应给客户端，因此，客户端拿到的是带有真实数据的html页面
  res.send(html);
});

服务端渲染的优缺点

优点：

1. 前端耗时少，因为页面是在服务端动态生成的html内容，浏览器只需要直接渲染即可。
2. 有利于SEO，因为服务端响应的是完整的html内容，所以爬虫更容易爬取到信息，更有利于SEO

缺点：

1. 占用服务器资源。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。
2. 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务端渲染，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、基于前后端分离的新型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。即前后端分离的开发模式，就是后端只负责提供API接口，前端使用Ajax调用接口的模式。

前后端分离的优缺点

优点：

1. 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。
2. 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。
3. 减轻了服务器端的渲染压力，因为每个页面最终是在每个用户的浏览器生成的。

缺点：

1. 不利于SEO。因为完整的html页面是在客户端拼接完成，所以爬虫无法爬取。（解决方案：利用Vue、React等前端框架的SSR技术能够很好的解决SEO问题。）

应用场景

• 例如企业级网站，主要功能就是展示而没有复杂的交互，并且需要良好的SEO，这时就可以使用服务器端渲染。
• 而类似于管理系统项目，交互性强，功能复杂，就不考虑SEO。这个时候，就可以使用前后端分离的模式进行开发。
• 这个不是绝对的，为了同时兼顾首页的渲染速度和前后端分离的开发效率。一般网站采用首屏服务端渲染 + 其他页面前后端分离的开发模式。

二、身份认证/鉴权

身份认证，也叫鉴权。是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。

• 日常生活中身份认证随处可见，例如高铁验票，手机密码解锁，微信支付密码等等。
• 在Web开发中，也涉及到用户的身份认证。例如，各大网站的手机验证码登陆、邮箱密码登陆、二维码登陆等。
• 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 :

1. 服务端渲染推荐使用Session认证机制
2. 前后端分离推荐使用 JWT认证机制

http的无状态性

http协议是无状态的，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。

三、session的认证机制

如何突破http无状态的限制

对于超市来说，为了方便收银员在进行结算时给vip用户打折，超市可以为每个vip用户发放会员卡。

注意：现实生活中会员卡身份认证方式，在web开发术语叫做Cookie。

什么是Cookie

Cookie是存储在用户浏览器中一段不超过4KB的字符串。它由一个名称、一个值和其他几个用于控制Cookie有效期、安全性、使用范围的可选属性组成的。

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：

• 自动发送
• 域名独立
• 过期时限
• 4KB限制

Cookie在身份认证中的作用

客户端在第一次请求服务器时，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保存到浏览器中。

随后，当客户端浏览器每次请求服务器时，浏览器会自动将身份认证的相关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。

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是很容易被伪造的，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。

注意：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。

提高身份认证的安全性

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，才会正常使用。

这种 会员卡+刷卡认证 的设计理念，就是session机制的精髓。

session的工作原理

1. 用户提交用户名密码
2. 服务端验证用户名密码，正确。将登陆成功的用户名密码存放在服务器的内存中，并同时生成对应的Cookie字符串。（也就是在服务器存放了一个信息Cookie的映射关系。当客户端携带Cookie过来，就会在服务器的内存中寻找这个Cookie映射的信息。验证成功就响应。）
3. 服务端将生成的Cookie字符串返回客户端
4. 客户端浏览器自动将Cookie存储到当前域名下
5. 客户端每次发送请求，都通过请求头自动把当前域名下的所有可用Cookie发送给服务端
6. 服务器根据请求头中携带的Cookie，从内存中查找对应的用户信息。
7. 当用户的身份认证成功后，服务器会对当前用户生成特定的响应内容
8. 服务器将所有数据响应回去

在Express中使用session认证

1、安装express-session中间件

在Express项目中，只需要通过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：

const session = require('express-session');

// 配置session中间件
app.use(session(
  secret: 'keyboard cat', // 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、向session中存数据、取数据与清空session‘

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。

可以直接从req.session对象上回去之前存储的数据。

调用req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的session信息

const express = require('express');
const session = require('express-session');

// 创建服务
const app = express();

//配置session中间件
app.use(session({
  secret: 'keyboard cat', // 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
}));

app.post('/api/login', (req, res) => {
  // 判断用户提交的登陆信息是否正确
  if(req.body.userName !== 'admin' || req.body.passWord !== '888888') {
    return res.send({ status: 1, msg: '登陆失败' });
  }
  req.session.user = req.body;  // 将用户信息，存到session中
  req.session.isLogin = true;   // 用户的登陆状态，存到session中
  res.send({ status: 0, msg: '登陆成功' });
});

// 获取用户名的接口
app.get('/api/getUserMessage', (req, res) => {
  // 判断用户是否登陆
  if(!req.session.isLogin) {
    return res.send({ status: 1,msg: 'fail' });
  }
  res.send({
    status: 0,
    msg: 'success',
    userName: req.session.user.userName;
  });
});

// 退出登陆接口
app.post('/api/logOut', (req,res) => {
  // 清空当前客户端的 session 信息
  req.session.destroy()
  res.send({
    status: 0,
    msg: '退出登陆成功'
  });
});

// 启动服务
app.listen(80, () => {
  console.log('服务启动！');
});

四、JWT认证机制

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的接口时，不推荐使用Session身份认证机制，推荐使用JWT认证机制。

JWT的工作原理

JWT（JSON Web Token）是目前最流行的跨域认证解决方案。

流程

1. 客户端登陆，提交用户名密码
2. 服务端验证账户密码，通过后，并将用户信息对象加密生成Token字符串。
3. 服务端将生成的Token字符串发送给客户端
4. 客户端将Token保存到本地的LocalStorage
5. 客户端每次发起请求，均通过请求头的Authorization字段，将Token发送给服务端。
6. 服务端将Token字符串还原成用户的信息对象，认证成功，服务器针对将当前用户生成特点的响应内容
7. 服务端将数据响应回去

总结：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信息。

JWT的组成部分

JWT通常是由三部分组成，分别是 Header（头部）、Payload（有效载荷）、Signature（签名）。三者之间使用英文的 ’ . ’ 分隔。

header.Payload.Signature

下面是JWT字符串示例：

JWT的三个部分各自代表的含义

JWT的三个组成部分，从前到后依次分别是 Header、Payload、Signature

• 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是安全性相关部分，只是为了保证Token的安全性。

JWT的使用方式

客户端收到服务器返回的JWT之后，通常会将它存储到localStorage或者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>

在Express中使用JWT

1、安装JWT相关的包

npm install jsonwebtoken express-jwt

• 其中，jsonwebtoken 用于生成JWT字符串
• express-jwt 用于将JWT字符串解析还原成JSON对象格式

2、导入JWT相关的包

使用require()函数，分别导入JWT相关的两个包：

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字符串在网络传输中被其他人破解，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cecret密钥进行解密。

// secret 密钥的本质 就是一个字符串
const secresKey = 'fhejwhfebfhebfjehfjehfeh'

4、在登陆成功后生成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。

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。

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。

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。

const express = require('express');
const jwt = require('jsonwebtoken')；
const expressJWT = require('express-jwt');
// secret 密钥的本质 就是一个字符串
const secresKey = 'fhejwhfebfhebfjehfjehfeh'

// 创建服务
const app = express();

// 使用app.use()来注册中间件
// 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。
// expressJWT({ secret: secretKey }) 就是用来解析Token的中间件
// .unless({ path: [/^\/api\//] }) 用来指定哪些接口不需要访问权限
app.use(expressJWT({ 
   secret: secretKey
 }).unless({ path: [/^\/api\//] }));

// express的错误中间件，捕获token过期或不合法时的错误
app.use((err,req,res,next) => {
  // token解析错误导致
  if(err.name == 'UnauthorizedError') {
    return res.send({ status: 401, mes: '无效token' });
  }
  // 其他原因导致
  res.send({ status: 500, mes: '未知错误' });
});

// 登陆接口
app.post('/api/login', (req, res) => {
  // 判断用户提交的登陆信息是否正确
    if(req.body.userName !== 'admin' || req.body.passWord !== '888888') {
      return res.send({ status: 1, msg: '登陆失败' });
    }
	// 用户登陆成功，生成JWT字符串，通过token属性传给客户端
	res.send({
	  status: 200,
	  mes: '登陆成功',
	  // 调用 jwt.sign(),生成JWT字符串，三个参数分别是：用户信息对象，加密密钥，配置对象
	  token: jwt.sign({
         userName: userinfo.userName
      }, secretKey, { expiresIn: '30s' });
	});
});

// 这是一个有权限的APi接口
app.get('/admin/getInfo', (req, res) => {
  console.log(req.user)
  res.send({
    status: 200,
    mes: '获取用户信息成功',
    data: req.user
  });
});

app.listen(80, () => {
  console.log('服务启动');
});