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1. 令牌#xff08;Token#xff09;
概念
令牌#xff08;Token#xff09;是一个用于身份验证的小段数据#xff0c;通常在用户登录时由服务器生成#xff0c;并返回给客户端。客户端在后续的请求中将令牌附加到请求头中#xff0c;服务器通过验证令…令牌和签名简介
1. 令牌Token
概念
令牌Token是一个用于身份验证的小段数据通常在用户登录时由服务器生成并返回给客户端。客户端在后续的请求中将令牌附加到请求头中服务器通过验证令牌来确认用户身份并决定是否授权访问请求的资源。
常见类型
JWTJSON Web TokenJWT 是一种非常常见的令牌形式它以 JSON 格式存储信息并使用签名来确保其内容的完整性。OAuth 令牌在 OAuth 2.0 授权框架中令牌如访问令牌、刷新令牌用于授权和认证。
令牌的结构
以 JWT 为例它由三个部分组成用点号.分隔
Header头部定义了令牌的类型通常是 “JWT”和所使用的签名算法如 HMAC SHA256。{alg: HS256,typ: JWT
}Payload负载包含声明Claims可以包括用户信息、令牌的颁发时间和过期时间等数据。{sub: 1234567890,name: John Doe,iat: 1516239022
}Signature签名对前两个部分头部和负载进行签名确保其未被篡改。HMACSHA256(base64UrlEncode(header) . base64UrlEncode(payload),secret)令牌的用途
身份验证用户在成功登录后获取令牌并在每次请求时将令牌附加到请求头中通常是 Authorization: Bearer token服务器通过验证令牌来确认用户身份。授权服务器可以通过解析令牌中的信息决定用户是否有权访问特定资源。
令牌的优势
无状态服务器不需要存储用户的会话信息因为所有的身份验证信息都包含在令牌中。安全性令牌通过签名确保其内容未被篡改并且可以设置过期时间限制令牌的有效期。
2. 签名Signature
概念
签名Signature是通过加密算法生成的用于确保数据的完整性和来源的真实性。签名通常是对消息的散列值哈希值进行加密得到的。签名可以防止数据在传输过程中被篡改。
签名的用途
数据完整性签名可以验证数据在传输过程中是否被篡改。如果接收到的数据与签名验证结果不匹配说明数据已被修改。数据来源验证签名可以用来确认数据的来源因为只有拥有签名密钥的实体才能生成正确的签名。请求保护在一些系统中每次请求都会生成一个新的签名用于保护请求数据不被篡改。
签名的生成
签名的生成过程通常包括以下步骤
选择密钥和算法签名的生成需要一个密钥和算法如 HMAC、RSA、ECDSA 等。生成散列值对数据如请求的参数、时间戳等生成散列值。加密散列值使用选择的算法和密钥对散列值进行加密从而生成签名。
签名的验证
签名的验证过程如下
提取签名从请求或数据包中提取签名。生成散列值使用与生成签名时相同的数据生成一个新的散列值。加密并比较将生成的散列值与提取的签名进行加密并比较如果匹配则签名有效数据未被篡改。
签名的应用场景
API 请求签名为了确保 API 请求的完整性服务器会对每个请求生成签名客户端发送的请求中包含这个签名服务器验证签名是否有效。消息签名在消息传递系统中签名用于确保消息未被篡改并且来自可信来源。
3. 结合令牌和签名的安全机制
在一个系统中为了确保用户身份验证和数据传输的安全性可以结合使用令牌和签名
令牌认证每次客户端发送请求时附带上已生成的令牌服务器通过验证令牌确认用户身份。签名认证在访问敏感资源或请求页面时生成一个签名并发送给服务器服务器通过验证签名确保请求未被篡改且合法。
流程总结
用户登录服务器生成令牌并返回给客户端客户端存储令牌。访问资源客户端每次访问资源时发送存储的令牌并生成一个签名附加到请求中。服务器验证服务器验证令牌和签名如果验证成功返回资源数据否则拒绝请求。
这种机制能够同时确保用户身份的合法性和请求数据的完整性大大提升了系统的安全性。
使用案例
在前端使用 HTML 或 JavaScript 实现结合令牌和签名的安全验证流程以下是一个基本的实现方案。
1. 用户登录流程
前端 用户输入并提交登录信息 form idloginForminput typetext idusername placeholderUsernameinput typepassword idpassword placeholderPasswordbutton typesubmitLogin/button
/form
scriptdocument.getElementById(loginForm).addEventListener(submit, async function(event) {event.preventDefault();const username document.getElementById(username).value;const password document.getElementById(password).value;// 向服务器发送登录请求const response await fetch(/api/login, {method: POST,headers: {Content-Type: application/json},body: JSON.stringify({ username, password })});const result await response.json();if (result.token) {// 将令牌存储在本地localStorage.setItem(authToken, result.token);} else {alert(Login failed!);}});
/script服务器返回令牌并存储 令牌成功返回后存储在 localStorage 中方便后续请求使用。
2. 访问页面资源的流程
前端 生成签名并发出请求 function generateSignature(data, secretKey) {// 这里用的是一个简单的加密算法如有需要可使用更复杂的加密逻辑return btoa(data secretKey);
}async function fetchProtectedResource(url) {const token localStorage.getItem(authToken);if (!token) {alert(Not authenticated!);return;}// 数据可以包括请求URL、时间戳等const requestData url new Date().toISOString();const secretKey your_secret_key; // 注意实际应用中密钥不会存在前端const signature generateSignature(requestData, secretKey);const response await fetch(url, {method: GET,headers: {Authorization: Bearer ${token},X-Signature: signature}});const data await response.json();console.log(data);
}// 例子访问受保护资源
fetchProtectedResource(/api/protected-resource);服务器验证请求 服务器收到请求后从请求头中获取 Authorization 和 X-Signature然后验证令牌和签名。
3. 签名的生成与验证
签名在前端生成并随请求发送到服务器。服务器使用相同的算法和密钥验证签名。
前端
function generateSignature(data, secretKey) {return btoa(data secretKey); // Base64编码
}服务器
function verifySignature(receivedSignature, data, secretKey) {const expectedSignature generateSignature(data, secretKey);return receivedSignature expectedSignature;
}4. 关键点
令牌存储安全 在前端使用 localStorage 或 sessionStorage 存储令牌但要注意 XSS 攻击。签名的动态生成 每次请求都动态生成签名避免重放攻击。服务器端验证 服务器端必须验证令牌和签名的有效性确保安全。
5. 流程总结
用户登录 用户提交用户名和密码服务器验证后返回令牌前端存储令牌。访问页面资源 前端在发出请求前生成签名并携带令牌服务器验证后返回数据。
通过这种方式结合令牌和签名前端和服务器可以共同确保用户的身份验证和请求的完整性增强系统的安全性。
前端生成签名时秘钥如何获取
在前端生成签名时使用的密钥secret key不能直接存储在前端代码中因为前端代码是公开可见的任何用户都可以查看源代码。因此密钥的处理需要特别注意以确保系统的安全性。
秘钥的获取和使用方法 使用短期有效的临时密钥 方案 当用户成功登录后服务器生成一个临时密钥并随令牌一起返回给客户端。这个密钥的有效期较短例如 15 分钟或 1 小时客户端在生成签名时使用这个临时密钥。优点 临时密钥即使被泄露由于有效期短攻击者的利用时间也会被大大缩短。实现 服务器生成一个随机的、加密的密钥发送给客户端。客户端存储在 localStorage 或 sessionStorage 中并在每次请求时使用。 示例 // 登录时获取临时密钥和令牌
localStorage.setItem(authToken, result.token);
localStorage.setItem(temporaryKey, result.temporaryKey);通过 API 动态获取密钥 方案 前端在需要生成签名时通过一个专门的 API 从服务器请求密钥。服务器根据请求内容、令牌等验证信息生成并返回一个短期有效的密钥。优点 密钥只在生成签名时短暂存储降低了被泄露的风险。实现 每次请求前先通过 API 获取密钥然后立即生成签名。 示例 async function fetchTemporaryKey() {const token localStorage.getItem(authToken);const response await fetch(/api/get-temp-key, {method: GET,headers: {Authorization: Bearer ${token}}});const result await response.json();return result.temporaryKey;
}async function fetchProtectedResource(url) {const temporaryKey await fetchTemporaryKey();const requestData url new Date().toISOString();const signature generateSignature(requestData, temporaryKey);// 继续请求过程...
}使用服务器端签名 方案 前端不生成签名而是将请求数据发送到服务器服务器生成签名并返回。前端在后续请求中使用这个签名。优点 密钥完全保存在服务器端安全性最高。实现 请求中包含所有需要生成签名的数据服务器返回签名。 示例 async function fetchSignature(data) {const token localStorage.getItem(authToken);const response await fetch(/api/generate-signature, {method: POST,headers: {Authorization: Bearer ${token},Content-Type: application/json},body: JSON.stringify(data)});const result await response.json();return result.signature;
}关键点总结
短期有效性 临时密钥的有效期应足够短以防止长期存储导致的安全风险。动态获取 密钥的动态获取可以防止密钥在前端的长期暴露。服务器端控制 最安全的方式是将签名逻辑放在服务器端处理前端只负责发送数据和接受签名结果。
通过这些措施可以有效减少密钥暴露的风险同时确保请求的完整性和安全性。
