前后端身份认证（Session与JWT认证机制）

1.1 Web 开发模式

目前主流的 Web 开发模式有两种，分别是：

①基于服务端渲染的传统 Web 开发模式

②基于前后端分离的新型 Web 开发模式

1 服务端渲染

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。

优点：

① 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。

② 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：

① 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。

② 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。

2 前后端分离

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。

优点：

① 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。

② 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。

③ 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：

① 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！）

3 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。

1.2 身份认证

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 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。

3 不同开发模式下的身份认证 Session 与 JWT

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：

① 服务端渲染推荐使用 Session 认证机制

② 前后端分离推荐使用 JWT 认证机制

1.3 Session 认证机制

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。

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。

cookie 就是身份认证的标识。

3 什么是Cookie

Cookie 是存储在用户浏览器中的一段不超过 4kb 的字符串。也就是一个键值对

它由一个名称、一个值和几个用于控制 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：

①自动发送

②域名独立

③过期时限

④4KB 限制

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。

客户端发起登录请求的时候，服务器会将 Cookie 通过请求头给到客户端浏览器。

保存到浏览器中，用于身份认证。

当客户端再次发请求时，通过请求头，自动将 Cookie 发送给服务器。

服务器根据请求头中的 Cookie 验明用户的身份。响应当前用户的对应内容。

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。

6 提供身份认证的安全性

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。

不能只凭用户出示的 Cookie 来进行认证，还需要在服务端进行 Cookie 身份认证 。

只有服务端Cookie身份认证通过后，才能确定身份。

会员卡即客户端出示Cookie

刷卡认证即服务端进行身份认证

7 Session 的工作原理

1.4 在Express中使用Session认证

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 

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：

// TODO_01：请配置 Session 中间件
const session = require("express-session");
app.use(
  session({
    
    
    secret: "sessionabc",
    resave: false,
    saveUninitialized: true,
  })
);

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：

  // 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; // 用户信息
  req.session.islogin = true; // 用户的登录状态

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：

  // 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,
  });

5 清空 session

调用 req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息。

  // TODO_04：清空 Session 信息
  req.session.destroy();
  res.send({
    
    
    status: 0,
    msg: "成功退出",
  });

1.5 JWT 认证机制

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，当设计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。

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。

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。

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：

Header,Payload,Signature

三个部分各代表什么含义：

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 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：

Authorization: Bearer <Token>

1.6 在Express中使用JWT

1 安装 JWT 相关包

安装如下两个JWT相关包

npm install jsnwebtoken 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

2 导入 JWT 相关包

使用require() 函数，分别导入 WT 相关的两个包：

// TODO_01：安装并导入 JWT 相关的两个包，分别是 jsonwebtoken 和 express-jwt

// 1 导入用于生成 JWT 字符串的包
const jwt = require("jsonwebtoken");

// 2 导入用于将客户端发送过来的 JWT 字符串，解析还原成 JSON 对象的包
const expressJWT = require("express-jwt");

3 定义 secret 秘钥

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：

1 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

2 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

// TODO_02：定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey

// secret 秘钥本质：就是一个字符串 (字符串为任意字符，越复杂越好)
const secret = 'jwt secret 2022'

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：

// 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 { username: userinfo.username }
// 参数2：加密秘钥 secretKey
// 参数3：配置对象，可以配置当前 token 的有效期 { expiresIn: "30s" }
// 记住：千万不要把密码加密到 token 字符串中  
 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
  });

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：

// TODO_04：注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件

// 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\//] }));

// 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

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
  });
});

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：

// 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
// 在所有路由之后，配置全局捕获错误中间件
app.use((err, req, res, next) => {
    
    
  // token 解析失败导致的错误
  if (err.name === "UnauthorizedError") {
    
    
    return res.send({
    
    
      status: 401,
      message: "无效的token",
    });
  }

  // 其他原因导致的错误
  return res.send({
    
    
    status: 500,
    message: "未知错误",
  });
});

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：

// 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
// 在所有路由之后，配置全局捕获错误中间件
app.use((err, req, res, next) => {
    
    
  // token 解析失败导致的错误
  if (err.name === "UnauthorizedError") {
    
    
    return res.send({
    
    
      status: 401,
      message: "无效的token",
    });
  }

  // 其他原因导致的错误
  return res.send({
    
    
    status: 500,
    message: "未知错误",
  });
});