一文搞懂Session和JWT登录认证

前言

目前在开发的小组结课项目中用到了JWT认证，简单分享一下，并看看与Session认证的异同。

登录认证（Authentication）的概念非常简单，就是通过一定手段对用户的身份进行确认。

我们都知道 HTTP 是无状态的，服务器接收的每一次请求，对它来说都是 “新来的”，并不知道客户端来过。

举个例子：
客户端A: 我是A, 给我一瓶水。
服务端B： 好，给你。
客户端A： 再给我来个面包。
服务端B: 啥，你是谁?

即每一个请求对服务器来说都是新的。

我们不可能每次操作都让用户输入用户名和密码，那么我们如何让服务器记住我们登录过了呢?

那就是凭证。即每次请求都给服务器一个凭证告诉服务器我是谁。

现在一般使用比较多的认证方式有四种：

• Session
• Token
• SSO单点登录
• OAtuth登录

下面就来说说比较常用的前两种。

Session

Cookie + Session

最常见的就是 Cookie + Session 认证。

Session，是一种有状态的会话管理机制，其目的就是为了解决HTTP无状态请求带来的问题。

当用户登录认证请求通过时，服务端会将用户的信息存储起来，并生成一个 SessionId 发送给前端，前端将这个 SessionId 保存起来。之后前端再发送请求时都携带 SessionId，服务器端再根据这个 SessionId 来检查该用户有没有登录过。

这个 SessionId， 一般是保存在Cookie中。

如果用户第一次访问某个服务器时，服务器响应数据时会在响应头的 Set-Cookie 标识里将Session Id 返回给浏览器，浏览器就将标识中的数据存在Cookie中。

下面我们来简单写个 demo 测试一下：

初始化一个spring boot 项目，并且代码如下：

demo

我们只需要在用户登录的时候将用户信息存在HttpSession中

@RestController
public class UserController {

    @PostMapping("login")
    public String login(@RequestBody User user, HttpSession session) {
        if ("admin".equals(user.getUsername()) && "admin".equals(user.getPassword())) {
            // 登录成功 写入Session
            session.setAttribute("sessionId", user);
            return "login success";
        }
        return "username or password incorrect";
    }

    @GetMapping("/logout")
    public String logout(HttpSession session) {
        // 注销 删除Session
        session.removeAttribute("sessionId");
        return "logout success";
    }

    public String api(HttpSession session) {
        // 用户操作 判断是否登录
        User user = (User) session.getAttribute("sessionId");
        if (user == null) {
            return "please login";
        }
        return "return data";
    }
}

下面我们向 login 地址 请求，并查看响应。 可以看到，用户登录时服务端会返回 Set-Cookie 字段。这些工作 Servlet帮我们做好了

下面我们向 api 地址请求。可以看到， 后续访问服务端自动就会携带Cookie：

服务端认证身份成功，返回数据。

---

Session + Header认证

当前开发的几个项目都是采用这种模式。

即 将 Session 会话放进 请求头中作为认证信息。

下面简单写个 demo 并用 postman 测试

demo

pom.xml:

        
            org.springframework.session
            spring-session
            1.3.5.RELEASE
        
        
            org.springframework.boot
            spring-boot-starter-security
        

HeaderAndParamHttpSessionStrategy:

将cookie认证改为Header认证， 请求关键字为 x-auth-token

/**
 * Header或是请求参数中的带有 token 的认证策略
 * */
public class HeaderAndParamHttpSessionStrategy extends HeaderHttpSessionStrategy {
  /**
   * header认证关键字名称
   */
  private String headerName = "x-auth-token";

  @Override
  public String getRequestedSessionId(HttpServletRequest request) {
    String token = request.getHeader(this.headerName);
    return (token != null && !token.isEmpty()) ? token : request.getParameter(this.headerName);
  }
}

MvcSecurityConfig:
使用spring 提供的 MapSessionRepository 来帮助我们管理Session

@Configuration
@EnableWebSecurity
@EnableSpringHttpSession
public class MvcSecurityConfig {

    @Bean
    public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
                // 开放端口
                .antMatchers("**").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
                .and()
                .httpBasic()
                .and().cors()
                .and().csrf().disable();
        http.headers().frameOptions().disable();
        return http.build();
    }

    /**
     * 使用header认证来替换默认的cookie认证
     */
    @Bean
    public HttpSessionStrategy httpSessionStrategy() {
        return new HeaderAndParamHttpSessionStrategy();
    }


    /**
     * 由于我们启用了@EnableSpringHttpSession后，而非RedisHttpSession.
     * 所以应该为SessionRepository提供一个实现。
     * 而Spring中默认给了一个SessionRepository的实现MapSessionRepository.
     *
     * @return session策略
     */
    @Bean
    public SessionRepository sessionRepository() {
        return new MapSessionRepository();
    }
}

---

重新启动项目：

尝试1： 向 login 地址请求:

可以看到，服务端的响应头上带有了 x-auth-token, 这种将 session 放在请求头部的认证就是 header认证。

结果： 响应头返回 x-auth-token 字段

---

尝试2： 请求头不带 x-auth-token， 向服务端请求 api

而这时候，假如客户端发送接下来的请求的时候，请求头不带上服务端返回的 x-auth-token，那么是无法得到认证的。

结果： 认证失败

尝试3： 请求头带 x-auth-token， 向服务端请求 api

将登录成功之后，服务端返回

结果： 认证成功

通过以上的方式： 我们成功将 Cookie + Session 认证 ，替换为了 Header + Session 认证。

那么换之后，有什么好处呢？

Header + Session 相较 Cookie + Session 有几点好处：

• 防止跨站脚本攻击（XSS）：使用 Cookie 存储会话 ID 的话，Cookie 是通过浏览器自动管理的，容易受到 XSS 攻击的影响。而将会话 ID 存储在头部，可以避免这种攻击。
• 避免 CSRF 攻击：使用 Cookie 存储会话 ID 的话，攻击者可以利用 CSRF 攻击来获取 Cookie 中的会话 ID，从而伪造用户请求。将会话 ID 存储在头部的话，可以避免这种攻击。
• 不受第三方 Cookie 支持的限制：如果用户的浏览器禁用了第三方 Cookie，那么使用 Cookie + Session 的方式就无法使用。而将会话 ID 存储在头部，不需要使用 Cookie，不受这个限制。

缺点：

• 会话 ID 存储在头部，可能被重放攻击利用
• 执行性能代价较高：由于 HTTP 头比 Cookie 更大，因此将会话 ID 存储在头部通常会占用更多的网络资源，增加传输延迟。

因此，应该根据具体的应用场景、协议、需求和安全要求来选择合适的身份认证方式。

Token 认证

除了Session之外，目前比较流行的做法就是使用JWT（JSON Web Token）。

JWT具有以下俩种特性：

• 可以将一段数据加密成一段字符串，也可以从这字符串解密回数据
• 可以对这个字符串进行校验，比如有没有过期，有没有被篡改

看到这，这不和 Session + Header 认证一样嘛！就是把 SessionId 换成了JWT字符串而已，有必要么？

Session 和 JWT有一个重要的区别，就是 Session 是有状态的，JWT是无状态的。

即，Session 在服务端保存了用户信息，而JWT在服务端没有保存任何信息。

当前端携带Session Id到服务端时，服务端要检查其对应的 HttpSession 中有没有保存用户信息，保存了就代表登录了。

当使用JWT时，服务端只需要对这个字符串进行校验，校验通过就代表登录了。

下面继续从一个Demo体验：

demo

pom.xml:

    io.jsonwebtoken
    jjwt
    0.9.1

写一个工具类

public interface CommonService {
  /**
   * 签名秘钥
   */
  String SECRET = "shareMusic";

  // 根据用户id生成token
  static String createJwtToken(Long id) {
    long ttlMillis = -1; // 表示不添加过期时间
    return createJwtToken(id.toString(), ttlMillis);
  }

  /**
   * 生成Token
   *
   * @param id        编号
   * @param ttlMillis 签发时间 （有效时间，过期会报错）
   * @return token String
   */
  static String createJwtToken(String id, long ttlMillis) {

    // 签名算法 ，将对token进行签名
    SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

    // 生成签发时间
    long nowMillis = System.currentTimeMillis();
    Date now = new Date(nowMillis);

    // 通过秘钥签名JWT
    byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(SECRET);
    Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());

    // Let's set the JWT Claims
    JwtBuilder builder = Jwts.builder().setId(id)
        .setIssuedAt(now)
        .signWith(signatureAlgorithm, signingKey);

    // 如果指定了过期时间，则添加
    if (ttlMillis >= 0) {
      long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
      Date exp = new Date(expMillis);
      builder.setExpiration(exp);
    }

    return builder.compact();

  }

    // 验证并解析JWT
    static Claims parseJWT(String jwt) { // 如果是空字符串直接返回null
        if (jwt == null ||jwt.isEmpty()) {
            return null;
        }
        // 这个Claims对象包含了许多属性，比如签发时间、过期时间以及存放的数据等
        Claims claims = null;
        // 解析失败了会抛出异常，所以我们要捕捉一下。token过期、token非法都会导致解析失败
        try {

            claims = Jwts.parser()
                    .setSigningKey(DatatypeConverter.parseBase64Binary(SECRET))
                    .parseClaimsJws(jwt).getBody();
        } catch (JwtException e) {
            System.err.println("解析失败！");
        }
        return claims;
    }
}

同时改写一下我们的 Controller:
登录成功返回

    @PostMapping("login")
    public String login(@RequestBody User user, HttpServletResponse response) {
        if ("admin".equals(user.getUsername()) && "admin".equals(user.getPassword())) {
            // 判断成功 返回头加入token
            String token = CommonService.createJwtToken(user.getUsername());
            response.setHeader("Authorization", token);
            return "login success";
        }
        return "username or password incorrect";
    }

    @GetMapping("/api")
    public String api(HttpServletRequest request) {
        String jwt = request.getHeader("Authorization");
        // 解析失败就提示用户登录
        if (CommonService.parseJWT(jwt) == null) {
            return "please login";
        }
        return "return data";
    }

---

重启服务开始测试。

尝试1： 向 login 地址请求.

可以看到，我们成功地在服务端响应头中返回了 JWT，它是以 Authorization 作为名字的字段。

尝试2： 不带JWT， 向 api 地址请求.

认证失败。

尝试3： 带JWT， 向 api 地址请求.

结果： 认证成功， 返回数据。

---

上面我们成功使用JWT完成了登录和请求api。下面简单看一下它的原理：

JWT原理：

JWT 通常由三部分组成：Header、Payload 和 Signature。

• Header：包含 Token 类型（即 JWT）和所使用的签名算法信息（如 HS256)。
• Payload：存储了一些描述信息，如 Token 的颁发者、过期时间、访问权限等，也可以包含一些用户的自定义数据。
• Signature：由服务器端生成，用于验证 Token 的正确性和完整性。

---

我们将刚才获取到的JWT去在线网站解密一下：
可以看到，获取到了我们传输的信息: 用户名

在线网站将 Header 和 Payload 中的 Base64 编码信息通过简单的算法将其还原成原始的明文数据

可以看到签名是无法解密的，这是因为 JWT 的签名主要是用于保证 JWT 的完整性和防止 JWT 被篡改 或伪造。

signature 可以选择对称加密算法或者非对称加密算法，常用的就是 HS256、RS256。

具体JWt解析过程可以看这篇文章： https://www.freecodecamp.org/chinese/news/how-to-sign-and-val...

JWT 注销

你可能会留意到， 上面的JWT方法没有注销的功能。那么如何注销?

事实上，JWT 是无状态的认证方式，因此它本身并不提供注销的机制。让我们从后台注销token，这对于jwt来说并不是那么简单，并不能像删除 session 那样来删除token。

JWT的目的与session不同，不可能强制删除或失效已经生成的token。

我们可以采用下面两种方式：

Token 过期⏰。

通过过期时间机制。可以在生成 JWT Token 时设置一个过期时间，一旦 Token 过期后则视为无效。通过这种方式，可以保证 Token 在一定时间内有效，同时也避免了 Token 滥用和被盗用的风险。

我还是想注销

假如我有一个严格的注销功能，无法等待Token自动过期怎么办？️‍

那么存储一个所谓的“名单”，判断Token是有效的。一般可以采用 Redis,

校验时，检查提供的 token 在 redis 中是否有效，如何无效的话就让用户去登录。

从这个方面也体现出了 JWt 更适合分布式结构。

Session 和 JWT

两者的不同：

存储位置：Session 信息是存储在服务端的，而 JWT 将认证信息存储在客户端的 Token 中。

是否需要状态：Session 基于状态来维护会话，如果会话状态丢失或者被篡改，服务器将会重新初始化会话。而 JWT 身份认证机制是无状态的，每个请求均包含足够的信息，服务器不需要维持任何状态。这一点使得 JWT 身份认证机制特别适合于分布式系统。

安全性：Session 是基于某种算法生成的 Session ID 来维护用户状态的，如果 Session ID 被窃取或者伪造，会话会受到攻击，凭证会失效。而 JWT 通过签名来防止伪造和篡改，只有在经过验证后才能使用。

扩展性：Session 方案一般适用于单一的服务或者单个应用，而 JWT 身份认证机制适用于跨域、分布式服务调用等多场景。

两种方式都可以实现登录认证，至于具体选型就根据自己实际业务需求来了。

参考文章:
https://www.cnblogs.com/RudeCrab/p/14251154.html#%E6%94%B6%E5...
如何使用jwt 完成注销(退出登录)功能 - 个人文章 - SegmentFault 思否
https://cloud.tencent.com/developer/news/837117