基於 token 的多平臺身份認證架構設計

轉自：哈莫

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1、概述

在存在賬號體系的信息系統中，對身份的鑑定是非常重要的事情。

隨着移動互聯網時代到來，客戶端的類型越來越多， 逐漸出現了 一個服務器，N 個客戶端的格局 。

不同的客戶端產生了不同的用戶使用場景，這些場景：

• 有不同的環境安全威脅

• 不同的會話生存週期

• 不同的用戶權限控制體系

• 不同級別的接口調用方式

綜上所述，它們的身份認證方式也存在一定的區別。

本文將使用一定的篇幅對這些場景進行一些分析和梳理工作。

2、使用場景

下面是一些在 IT 服務常見的一些使用場景:

• 用戶在 web 瀏覽器端登錄系統, 使用系統服務

• 用戶在手機端（Android/iOS）登錄系統, 使用系統服務

• 用戶使用開放接口登錄系統, 調用系統服務

• 用戶在 PC 處理登錄狀態時通過手機掃碼授權手機登錄（使用得比較少）

• 用戶在手機處理登錄狀態進通過手機掃碼授權 PC 進行登錄（比較常見）

通過對場景的細分, 得到如下不同的認證 token 類別：

1、原始賬號密碼類別

• 用戶名和密碼

• API 應用 ID/KEY

2、會話 ID 類別

• 瀏覽器端 token

• 移動端 token

• API 應用 token

3、接口調用類別

• 接口訪問 token

• 身份授權類別

• PC 和移動端相互授權的 token

3、token 的類別

不同場景的 token 進行如下幾個維度的對比:

天然屬性對比:

1、使用成本
本認證方式在使用的時候, 造成的不便性。比如:

• 賬號密碼需要用戶打開頁面然後逐個鍵入

• 二維碼需要用戶掏出手機進行掃碼操作

2、變化成本
本認證方式, token 發生變化時, 用戶需要做出的相應更改的成本:

• 用戶名和密碼發生變化時, 用戶需要額外記憶和重新鍵入新密碼

• API 應用 ID/KEY 發生變化時, 第三方應用需要重新在代碼中修改並部署

• 授權二維碼發生變化時, 需要用戶重新打開手機應用進行掃碼

環境風險

• 被偷窺的風險

• 被抓包的風險

• 被僞造的風險

可調控屬性對比:

1、使用頻率

在網路中傳送的頻率

2、有效時間

此 token 從創建到終結的生存時間

最終的目標: 安全和影響。

安全和隱私性主要體現在:

• token 不容易被竊取和盜用（通過對傳送頻率控制）

• token 即使被竊取, 產生的影響也是可控的（通過對有效時間控制）

關於隱私及隱私破壞後的後果, 有如下的基本結論:

• 曝光頻率高的容易被截獲

• 生存週期長的在被截獲後產生的影響更嚴重和深遠

遵守如下原則:

• 變化成本高的 token 不要輕易變化

• 不輕易變化的 token 要減少曝光頻率（網絡傳輸次數）

• 曝光頻率高的 token 的生存週期要儘量短

將各類 token 的固有特點及可控屬性進行調控後, 對每個指標進行量化評分（1~5 分），我們可以得到如下的對比表：

備註: user_name/passwd 和 app_id/app_key 是等價的效果

4、token 的層級關係

參考上一節的對比表，可以很容易對這些不同用途的 token 進行分層，主要可以分爲 4 層：

• 密碼層：最傳統的用戶和系統之間約定的數字身份認證方式

• 會話層：用戶登錄後的會話生命週期的會話認證

• 調用層：用戶在會話期間對應用程序接口的調用認證

• 應用層：用戶獲取了接口訪問調用權限後的一些場景或者身份認證應用

token 的分層圖如下：

在一個多客戶端的信息系統裏面, 這些 token 的產生及應用的內在聯繫如下:

• 用戶輸入用戶名和用戶口令進行一次性認證

• 在 不同 的終端裏面生成擁有 不同 生命週期的會話 token

• 客戶端會話 token 從服務端交換生命週期短但曝光 頻繁 的接口訪問 token

• 會話 token 可以生成和刷新延長 access_token 的生存時間

• access_token 可以生成生存週期最短的用於授權的二維碼的 token

使用如上的架構有如下的好處：

• 良好的統一性。可以解決不同平臺上認證 token 的生存週期的 歸一化 問題

• 良好的解耦性。核心接口調用服務器的認證 access_token 可以完成獨立的實現和部署

• 良好的層次性。不同平臺的可以有完全不同的用戶權限控制系統，這個控制可以在 會話層 中各平臺解決掉

4.1、賬號密碼

廣義的 賬號 / 密碼 有如下的呈現方式:

• 傳統的註冊用戶名和密碼

• 應用程序的 app_id/app_key

它們的特點如下：

1、會有特別的意義

比如：用戶自己爲了方便記憶，會設置有一定含義的賬號和密碼。

2、不常修改

賬號密碼對用戶有特別含義，一般沒有特殊情況不會願意修改。而 app_id/app_key 則會寫在應用程序中，修改會意味着重新發布上線的成本

3、一旦泄露影響深遠

正因爲不常修改，只要泄露了基本相當於用戶的網絡身份被泄露，而且只要沒被察覺這種身份盜用就會一直存在

所以在認證系統中應該儘量減少傳輸的機會，避免泄露。

4.2、客戶端會話 token

功能：

充當着 session 的角色，不同的客戶端有不同的生命週期。

使用步驟：

用戶使用賬號密碼，換取會話 token

不同的平臺的 token 有不同的特點：

Web 平臺生存週期短

主要原因：

• 環境安全性：由於 web 登錄環境一般很可能是公共環境，被他人盜取的風險值較大

• 輸入便捷性：在 PC 上使用鍵盤輸入會比較便捷

移動端生存週期長

主要原因：

• 環境安全性：移動端平臺是個人用戶極其私密的平臺，它人接觸的機會不大

• 輸入便捷性：在移動端上使用手指在小屏幕上觸摸輸入體驗差，輸入成本高

4.3、access_token

功能：

服務端應用程序 api 接口訪問和調用的憑證。

使用步驟：

使用具有較長生命週期的會話 token 來換取此接口訪問 token。

其曝光頻率直接和接口調用頻率有關，屬於高頻使用的憑證。爲了照顧到隱私性，儘量減少其生命週期，即使被截取了，也不至於產生嚴重的後果。

注意：在客戶端 token 之下還加上一個 access_token， 主要是爲了讓具有不同生命週期的客戶端 token 最後在調用 api 的時候， 能夠具有統一的認證方式。

4.4、pam_token

功能：

由已經登錄和認證的 PC 端生成的二維碼的原始串號（Pc Auth Mobile）。

主要步驟如下：

1. PC 上用戶已經完成認證，登錄了系統

2. PC 端生成一組和此用戶相關聯的 pam_token

3. PC 端將此 pam_token 的使用鏈接生成二維碼

4. 移動端掃碼後，請求服務器，並和用戶信息關聯

5. 移動端獲取 refresh_token(長時效的會話)

6. 根據 refresh_token 獲取 access_token

7. 完成正常的接口調用工作

備註:

• 生存週期爲 2 分鐘, 2 分鐘後過期刪除

• 沒有被使用時, 每 1 分鐘變一次

• 被使用後, 立刻刪除掉

• 此種認證模式一般不會被使用到

4.5、map_token

功能：

由已經登錄的移動 app 來掃碼認證 PC 端系統，並完成 PC 端系統的登錄（Mobile Auth Pc）。

主要步驟：

1. 移動端完成用戶身份的認證登錄 app

2. 未登錄的 PC 生成匿名的 map_token

3. 移動端掃碼後在 db 中生成 map_token 和用戶關聯（完成簽名）

4. db 同時針對此用戶生成 web_token

5. PC 端一直以 map_token 爲參數查找此命名用戶的 web_token

6. PC 端根據 web_token 去獲取 access_token

7. 後續正常的調用接口調用工作

備註:

• 生存週期爲 2 分鐘, 2 分鐘後過期刪除

• 沒有被使用時, 每 1 分鐘變一次

• 被使用後, 立刻刪除掉

5、小結與展望

本文所設計的基於 token 的身份認證系統，主要解決了如下的問題：

• token 的分類問題

• token 的隱私性參數設置問題

• token 的使用場景問題

• 不同生命週期的 token 分層轉化關係

本文中提到的設計方法，在 應用層 中可以適用於且不限於如下場景中：

• 用戶登錄

• 有時效的優惠券發放

• 有時效的邀請碼發放

• 有時效的二維碼授權

• 具有時效 手機 / 郵件 驗證碼

• 多個不同平臺調用同一套 API 接口

• 多個平臺使用同一個身份認證中心

至於更多的使用場景，就需要大家去發掘了。

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