前言

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无状态登录原理

1.1 什么是有状态?

​ 有状态服务,即服务端需要记录每次会话的客户端信息,从而识别客户端身份,根据用户身份进行请求的处理,典型的设计如 tomcat 中的 session。

​ 例如登录:用户登录后,我们把登录者的信息保存在服务端 session 中,并且给用户一个 cookie 值,记录对应的 session。然后下次请求,用户携带 cookie 值来,我们就能识别到对应 session,从而找到用户的信息。

缺点是什么?

  • 服务端保存大量数据,增加服务端压力
  • 服务端保存用户状态,无法进行水平扩展
  • 客户端请求依赖服务端,多次请求必须访问同一台服务器

1.2. 什么是无状态?

​ 微服务集群中的每个服务,对外提供的都是 Rest 风格的接口。而 Rest 风格的一个最重要的规范就是:服务的无状态性,即:

  • 服务端不保存任何客户端请求者信息

  • 客户端的每次请求必须具备自描述信息,通过这些信息识别客户端身份

带来的好处是什么呢?

  • 客户端请求不依赖服务端的信息,任何多次请求不需要必须访问到同一台服务
  • 服务端的集群和状态对客户端透明
  • 服务端可以任意的迁移和伸缩
  • 减小服务端存储压力

1.3. 如何实现无状态

无状态登录的流程:
​ 当客户端第一次请求服务时,服务端对用户进行信息认证(登录)
认证通过,将用户信息进行加密形成 token,返回给客户端,作为登录凭证
以后每次请求,客户端都携带认证的 token
服务端对 token 进行解密,判断是否有效。
流程图:
jwt1.png

整个登录过程中,最关键的点是什么?

  • token 的安全性
  • token 是识别客户端身份的唯一标示,如果加密不够严密,被人伪造那就完蛋了。

采用何种方式加密才是安全可靠的呢?
我们将采用JWT + RSA非对称加密

1.4.JWT

1.4.1. 简介

JWT,全称是 Json Web Token, 是 JSON 风格轻量级的授权和身份认证规范,可实现无状态、分布式的 Web 应用授权;官网:https://jwt.io

GitHub 上 jwt 的 java 客户端:https://github.com/jwtk/jjwt

1.4.2. 数据格式

JWT 包含三部分数据:

Header:头部,通常头部有两部分信息:

我们会对头部进行 base64 加密(可解密),得到第一部分数据

声明类型,这里是 JWT
加密算法,自定义
Payload:载荷,就是有效数据,一般包含下面信息:

这部分也会采用 base64 加密,得到第二部分数据

用户身份信息(注意,这里因为采用 base64 加密,可解密,因此不要存放敏感信息)
注册声明:如 token 的签发时间,过期时间,签发人等
Signature:签名,是整个数据的认证信息。一般根据前两步的数据,再加上服务的的密钥(secret)(不要泄漏,最好周期性更换),通过加密算法生成。用于验证整个数据完整和可靠性

生成的数据格式:

jwt2.png
可以看到分为 3 段,每段就是上面的一部分数据

1.4.3.JWT 交互流程

流程图:
jwt3.png
步骤翻译:
1、用户登录
2、服务的认证,通过后根据 secret 生成 token
3、将生成的 token 返回给浏览器
4、用户每次请求携带 token
5、服务端利用公钥解读 jwt 签名,判断签名有效后,从 Payload 中获取用户信息
6、处理请求,返回响应结果
因为 JWT 签发的 token 中已经包含了用户的身份信息,并且每次请求都会携带,这样服务的就无需保存用户信息,甚至无需去数据库查询,完全符合了 Rest 的无状态规范。

1.4.4. 非对称加密

加密技术是对信息进行编码和解码的技术,编码是把原来可读信息(又称明文)译成代码形式(又称密文),其逆过程就是解码(解密),加密技术的要点是加密算法,加密算法可以分为三类:

对称加密,如 AES
基本原理:将明文分成 N 个组,然后使用密钥对各个组进行加密,形成各自的密文,最后把所有的分组密文进行合并,形成最终的密文。
优势:算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高
缺陷:双方都使用同样密钥,安全性得不到保证

非对称加密,如 RSA
基本原理:同时生成两把密钥:私钥和公钥,私钥隐秘保存,公钥可以下发给信任客户端
私钥加密,持有私钥或公钥才可以解密
公钥加密,持有私钥才可解密
优点:安全,难以破解
缺点:算法比较耗时

不可逆加密,如 MD5,SHA
基本原理:加密过程中不需要使用密钥,输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文,这种加密后的数据是无法被解密的,无法根据密文推算出明文。

RSA算法历史:
1977 年,三位数学家 Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法,可以实现非对称加密。这种算法用他们三个人的名字缩写:RSA

结合 Zuul 的鉴权流程
我们逐步演进系统架构设计。需要注意的是:secret 是签名的关键,因此一定要保密,我们放到鉴权中心保存,其它任何服务中都不能获取 secret。

1.4.6 没有 RSA 加密时

在微服务架构中,我们可以把服务的鉴权操作放到网关中,将未通过鉴权的请求直接拦截,如图:jwt4.png
1、用户请求登录
2、Zuul 将请求转发到授权中心,请求授权
3、授权中心校验完成,颁发 JWT 凭证
4、客户端请求其它功能,携带 JWT
5、Zuul 将 jwt 交给授权中心校验,通过后放行
6、用户请求到达微服务
7、微服务将 jwt 交给鉴权中心,鉴权同时解析用户信息
8、鉴权中心返回用户数据给微服务
9、微服务处理请求,返回响应
发现什么问题了?

每次鉴权都需要访问鉴权中心,系统间的网络请求频率过高,效率略差,鉴权中心的压力较大。

结合 RSA 的鉴权
直接看图:jwt5.png
1、我们首先利用 RSA 生成公钥和私钥。私钥保存在授权中心,公钥保存在 Zuul 和各个微服务
2、用户请求登录
3、授权中心校验,通过后用私钥对 JWT 进行签名加密
4、返回 jwt 给用户
5、用户携带 JWT 访问
6、Zuul 直接通过公钥解密 JWT,进行验证,验证通过则放行
7、请求到达微服务,微服务直接用公钥解析 JWT,获取用户信息,无需访问授权中心

总结

知识只有分享出来才有价值。如果有问题的话,可以在关于我的页面,通过我的邮箱联系我进行探讨。

Q.E.D.


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