前后端的身份认证

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前后端的身份认证 悠然予夏 于2023-01-07 16:19:52发布 1801 收藏 24 分类专栏: node 文章标签: 前端 javascript 服务器 node 专栏收录该内容 13 篇文章 0 订阅 订阅专栏 1、Web 开发模式

目前主流的 Web 开发模式有两种,分别是:

基于服务端渲染的传统 Web 开发模式基于前后端分离的新型 Web 开发模式 1.1、服务端渲染的 Web 开发模式

        服务端渲染的概念:服务器发送给客户端的 HTML 页面,是在服务器通过字符串的拼接,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:

1.2、服务端渲染的优缺点 

优点:

 前端耗时少。因为服务器端负责动态生成 HTML 内容,浏览器只需要直接渲染页面即可。尤其是移动端,更省电。有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的 HTML 页面内容,所以爬虫更容易爬取获得信息,更有利于 SEO。

缺点:

占用服务器端资源。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。不利于前后端分离,开发效率低。使用服务器端渲染,则无法进行分工合作,尤其对于前端复杂度高的项目,不利于项目高效开发。 1.3、前后端分离的 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。简而言之,前后端分离的 Web 开发模式,就是后端只负责提供 API 接口,前端使用 Ajax 调用接口的开发模式。

1.4、前后端分离的优缺点

优点:

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。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。减轻了服务器端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的。

缺点:

        不利于 SEO。因为完整的 HTML 页面需要在客户端动态拼接完成,所以爬虫对无法爬取页面的有效信息。(解决方案:利用 Vue、React 等前端框架的 SSR (server side render)技术能够很好的解决 SEO 问题!)

1.5、如何选择 Web 开发模式

不谈业务场景而盲目选择使用何种开发模式都是耍流氓。

比如企业级网站,主要功能是展示而没有复杂的交互,并且需要良好的 SEO,则这时我们就需要使用服务器端渲染;而类似后台管理项目,交互性比较强,不需要考虑 SEO,那么就可以使用前后端分离的开发模式。

        另外,具体使用何种开发模式并不是绝对的,为了同时兼顾了首页的渲染速度和前后端分离的开发效率,一些网站采用了首屏服务器端渲染 + 其他页面前后端分离的开发模式。

2、身份认证 2.1、什么是身份认证

        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。

日常生活中的身份认证随处可见,例如:高铁的验票乘车,手机的密码或指纹解锁,支付宝或微信的支付密码等。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。 2.2、为什么需要身份认证

        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。例如,你去找快递员取快递,你要怎么证明这份快递是你的。

        在互联网项目开发中,如何对用户的身份进行认证,是一个值得深入探讨的问题。例如,如何才能保证网站不会错误的将“马云的存款数额”显示到“马化腾的账户”上。

2.3、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:

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

3、Session 认证机制 3.1、HTTP 协议的无状态性 了解 HTTP 协议的无状态性是进一步学习 Session 认证机制的必要前提。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。

3.2、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:现实生活中的会员卡身份认证方式,在 Web 开发中的专业术语叫做 Cookie 

3.3、什么是 Cookie 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。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 3.4、Cookie 在身份认证中的作用

        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。

        随后,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。

3.5、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 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,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。 

3.6、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,才能被正常使用。

这种“会员卡 + 刷卡认证”的设计理念,就是 Session 认证机制的精髓。 

3.7、Session 的工作原理

 

4、在 Express 中使用 Session 认证 4.1、安装 express-session 中间件

在 Express 项目中,只需要安装 express-session 中间件,即可在项目中使用 Session 认证:

npm install express-session 4.2、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:

// 导入 session 中间件 const session = require('express-session') // 配置 session 中间件 app.use( session({ secret: 'itheima', // 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 }) ) 4.3、向 session 中存数据

        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:

// 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 console.log(req.body) req.session.islogin = true // 用户的登录状态 res.send({ status: 0, msg: '登录成功' }) }) 4.4、从 session 中取数据

可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据,示例代码如下:

// 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, }) }) 4.5、清空 session

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) => { // TODO_04:清空 Session 信息 req.session.destroy() res.send({ status: 0, msg: '退出登录成功', }) }) 4.6、完整示例

index.html 

<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>后台主页</title> <script src="./jquery.js"></script> </head> <body> <h1>首页</h1> <button id="btnLogout">退出登录</button> <script> $(function () { // 页面加载完成后,自动发起请求,获取用户姓名 $.get('/api/username', function (res) { // status 为 0 表示获取用户名称成功;否则表示获取用户名称失败! if (res.status !== 0) { alert('您尚未登录,请登录后再执行此操作!') location.href = './login.html' } else { alert('欢迎您:' + res.username) } }) // 点击按钮退出登录 $('#btnLogout').on('click', function () { // 发起 POST 请求,退出登录 $.post('/api/logout', function (res) { if (res.status === 0) { // 如果 status 为 0,则表示退出成功,重新跳转到登录页面 location.href = './login.html' } }) }) }) </script> </body> </html>

login.html

<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>登录页面</title> <script src="./jquery.js"></script> </head> <body> <!-- 登录表单 --> <form id="form1"> <div>账号:<input type="text" name="username" autocomplete="off" /></div> <div>密码:<input type="password" name="password" /></div> <button>登录</button> </form> <script> $(function () { // 监听表单的提交事件 $('#form1').on('submit', function (e) { // 阻止默认提交行为 e.preventDefault() // 发起 POST 登录请求 $.post('/api/login', $(this).serialize(), function (res) { // status 为 0 表示登录成功;否则表示登录失败! if (res.status === 0) { location.href = './index.html' } else { alert('登录失败!') } }) }) }) </script> </body> </html>

app.js

// 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 console.log(req.body) 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') })

5、JWT 认证机制 5.1、了解 Session 认证的局限性

        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。 5.2、什么是 JWT

JWT(英文全称:JSON Web Token)是目前最流行的跨域认证解决方案。

5.3、JWT 的工作原理

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的身份。 

5.4、JWT 的组成部分

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:

下面是 JWT 字符串的示例: 

5.5、JWT 的三个部分各自代表的含义 

JWT 的三个组成部分,从前到后分别是 Header、Payload、Signature。

其中:

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。

5.6、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:

 

6、在 Express 中使用 JWT 6.1、安装 JWT 相关的包

运行如下命令,安装如下两个 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 6.2、导入 JWT 相关的包

使用 require() 函数,分别导入 JWT 相关的两个包:

// 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') 6.3、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 // 定义 secret 密钥,建议将密钥命名为 secretKey,本质上就是一个字符串 const secretKey = 'itheima No1 ^_^' 6.4、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 }) }) 6.5、将 JWT 字符串还原为 JSON 对象 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: // 使用 app.use() 来注册中间件 // 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\//] }))

6.6、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 }) })

6.7、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:

// 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', }) }) 6.8、完整示例 // 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 = 'itheima No1 ^_^' // 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') })
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