CSFramework.WebApi后端框架Token令牌体系架构与应用详解
作者:作者不详  发布日期:2020-04-04 19:07:42
  CSFramework.WebApi后端框架Token令牌体系架构与应用详解

CSFramework.WebApi后端框架Token令牌体系架构与应用详解


令牌概述(Token)


在以用户账号体系作为安全认证的信息系统中,对用户身份的鉴定是非常重要的事情。

令牌机制是软件系统安全体系中非常重要的部分,在计算机身份认证中是令牌的意思,一般作为邀请、登录以及安全认证使用。Token其实说的通俗点就是“暗号”,在一些数据传输之前,要先进行暗号的核对,不同的暗号被授权不同的数据操作。

随着互联网行业快速的发展逐渐的演变成了前后端分离,若项目中需要做登录的话,那么token成为前后端唯一的一个凭证。Token最大的特点是系统临时分配的一组数据,可以设定过期时间,可以追踪令牌使用过程,可以通过令牌控制用户禁止或允许使用业务系统。

随着移动互联网时代到来,客户端的类型越来越多,逐渐出现了一个服务器对应N个客户端的格局。


WebApi服务端与客户端应用


下图是CSFramework.WebApi开发框架的前后端应用场景。

CSFramework.WebApi服务端开发框架应用

不同的客户端产生了不同的用户使用场景,有如下几种常用场景:

1. 不同的环境安全威胁;

2. 不同的会话生存周期;

3. 不同的用户权限控制体系;

4. 不同级别的接口调用方式;

综上所述,它们的身份认证方式也存在一定的区别,本文将使用一定的篇幅对这些场景进行一些分析和梳理工作。



Token机制适用的场景


在软件设计与开发方面,下面总结了几种应用场景:

1. 用户在Winform系统,如C/S架构的客户端登录系统,使用系统服务;

2. 用户在web浏览器端登录系统,使用系统服务;

3. 用户在手机端(Android/iOS)登录系统,使用系统服务;

4. 用户使用开放接口登录系统,调用系统服务;

5. 用户在PC处理登录状态时通过手机扫码授权手机登录(使用得比较少);

6. 用户在手机处理登录状态进通过手机扫码授权PC进行登录(比较常见);



Token类别

通过对场景的细分,得到如下不同的认证token类别:

1.原始账号密码类别

2.用户名和密码

3.API应用ID/KEY

4.会话ID类别

5.浏览器端token

6.移动端token

7.API应用token

8.接口调用类别

9.接口访问token

10.身份授权类别

11.PC和移动端相互授权的token



Token的安全性和隐私性:

Token 不容易被窃取和盗用(Token动态生成并通过对传送频率控制)
Token 即使被窃取,产生的影响也是可控的(通过对有效时间控制、用户控制)


关于隐私及隐私破坏后的后果,有如下的基本结论:

1. 曝光频率高的容易被截获;

2. 生存周期长的被截获后对系统安全产生非常大的影响,更严重和不容易察觉;


应遵守如下原则杜绝Token被泄露和窃取:

1. 变化成本高的token不要轻易变化;
2. 不轻易变化的token要减少曝光频率(网络传输次数);
3. 曝光频率高的token的生存周期要尽量短;


Token量化指标及分类:


贴图图片-WebApi后端框架Token令牌体系架构


备注: 

user_name/password 与 api_key/secret_key 是等价的效果。

user_name/password用于内部系统登录。
api_key/secret_key用于WebApi架构下的开发者账号和密码。



Token层级关系

参考上面的分类表,很容易对这些不同用途的token进行分层,主要分为以下4层:

密码层:最传统的用户和系统之间约定的数字身份认证方式。

会话层:用户登录后的会话生命周期的会话认证。

调用层:用户在会话期间对应用程序接口的调用认证。

应用层:用户获取了接口访问调用权限后的一些场景或者身份认证应用。

Token的分层图如下:

贴图图片-WebApi后端框架Token令牌体系架构1


在多客户端的软件系统里,Token的产生及应用的内在联系如下:

1. 用户输入用户名和用户口令进行一次性认证;
2. 在不同的终端里面生成拥有不同生命周期的会话token;
3. 客户端会话token从服务端交换生命周期短但曝光 频繁 的接口访问token;
4. 会话token可以生成和刷新延长 access_token 的生存时间;
5. access_token可以生成生存周期最短的用于授权的二维码的token;


密码层:账号密码 (user_name/password)

账号/密码是指注册用户名和密码、应用程序的api_key/secret_key。

它们的特点有:

1. 用户自己为了方便记忆,会设置有一定含义的账号和密码。

2. 不常修改,账号密码对用户有特别含义,一般没有特殊情况不会愿意修改。 而api_key/secret_key则会写在应用程序中,修改会意味着重新发布上线的成本

3. 一旦泄露影响深远,正因为不常修改,只要泄露了基本相当于用户的网络身份被泄露,而且只要没被察觉这种身份盗用就会一直存在,所以在认证系统中应该尽量减少传输的机会,避免泄露。


回话层:客户端会话token

充当着session的角色,不同的客户端有不同的生命周期。

用户使用账号和密码登录系统,换取会话token。

Web平台的Token生存周期短。由于Web登录环境一般很可能是公共环境,被他人盗取的风险值较大。Web平台的客户端主要是指网页,容易被破解源码。

移动端生存周期长。移动端平台是个人用户极其私密的平台,它人接触的机会不大。移动端如APP,软件是可以加壳保护源码,不易被破解,因此不易被泄露。


调用层:接口存取access_token


access_token是指服务端应用程序api接口访问和调用的凭证。

使用具有较长生命周期的会话token来换取此接口访问token。比如使用user_name/password或api_key/secret_key获取access_token。

其曝光频率直接和接口调用频率有关,属于高频使用的凭证。为了照顾到隐私性,尽量减少其生命周期,即使被截取了,也不至于产生严重的后果。

注意:在客户端token之下还加上一个access_token, 主要是为了让具有不同生命周期的客户端token最后在调用api的时候, 能够具有统一的认证方式。

备注:常用系统使用回话层Token即可满足需求,增加一层access_token用于特殊应用环境。


应用层:pam_token

由已经登录和认证的PC端生成的二维码的原始串号(PC Auth Mobile)。

主要步骤如下:

1. PC上用户已经完成认证,登录了系统;
2. PC端生成一组和此用户相关联的pam_token
3. PC端将此pam_token的使用链接生成二维码
4. 移动端扫码后,请求服务器,并和用户信息关联
5. 移动端获取refresh_token(长时效的会话)
6. 根据 refresh_token 获取 access_token
7. 完成正常的接口调用工作


备注:

1. 生存周期为2分钟,2分钟后过期删除
2. 没有被使用时,每1分钟变一次
3. 被使用后,立刻删除掉
4. 此种认证模式一般不会被使用到


应用层:map_token


由已经登录的移动app来扫码认证PC端系统,并完成PC端系统的登录(Mobile Auth PC)。

主要步骤:

1. 移动端完成用户身份的认证登录app
2. 未登录的PC生成匿名的 map_token
3. 移动端扫码后在db中生成 map_token 和用户关联(完成签名)
4. db同时针对此用户生成 web_token
5. PC端一直以 map_token 为参数查找此命名用户的 web_token
6. PC端根据 web_token 去获取 access_token
7. 后续正常的调用接口调用工作


备注:

1. 生存周期为2分钟,2分钟后过期删除
2. 没有被使用时,每1分钟变一次
3. 被使用后,立刻删除掉


小结


本文所设计的基于token的身份认证系统,主要解决了如下的问题:

1. token的分类问题
2. token的隐私性参数设置问题
3. token的使用场景问题
4. 不同生命周期的token分层关系


本文所提到的设计方法,在应用中可以适用于且不限于如下场景:

1. 用户登录
2. 有时效的优惠券发放
3. 有时效的邀请码发放
4. 有时效的二维码授权
5. 具有时效 手机/邮件 验证码
6. 多个不同平台调用同一套API接口
7. 多个平台使用同一个身份认证中心




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