基于token的多平台身份认证架构设计
1 概述
在存在账号体系的信息系统中，对身份的鉴定是非常重要的事情。
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，N个客户端的格局 。
不同的客户端产生了不同的用户使用场景，这些场景：
- 有不同的环境安全威胁
- 不同的会话生存周期
- 不同的用户权限控制体系
- 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。
2 使用场景
下面是一些在IT服务常见的一些使用场景:
- 用户在web浏览器端登录系统,使用系统服务
- 用户在手机端（Android/iOS）登录系统,使用系统服务
- 用户使用开放接口登录系统,调用系统服务
- 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）
- 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）
通过对场景的细分,得到如下不同的认证token类别:
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原始账号密码类别
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- 用户名和密码
- API应用ID/KEY
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会话ID类别
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- 浏览器端token
- 移动端token
- API应用token
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接口调用类别
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- 接口访问token
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身份授权类别
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- PC和移动端相互授权的token
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3 token的类别
不同场景的token进行如下几个维度的对比:
天然属性 对比:
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使用成本
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本认证方式在使用的时候,造成的不便性。比如:
- 账号密码需要用户打开页面然后逐个键入
- 二维码需要用户掏出手机进行扫码操作
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变化成本
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本认证方式,token发生变化时,用户需要做出的相应更改的成本:
- 用户名和密码发生变化时,用户需要额外记忆和重新键入新密码
- API应用ID/KEY发生变化时,第三方应用需要重新在代码中修改并部署
- 授权二维码发生变化时,需要用户重新打开手机应用进行扫码
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环境风险
- 被偷窥的风险
- 被抓包的风险
- 被伪造的风险
可调控属性 对比:
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使用频率
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- 在网路中传送的频率
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有效时间
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- 此token从创建到终结的生存时间
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最终的目标:安全和影响。
安全和隐私性主要体现在:
- token 不容易被窃取和盗用（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）
关于隐私及隐私破坏后的后果,有如下的基本结论:
- 曝光频率高的容易被截获
- 生存周期长的在被截获后产生的影响更严重和深远
遵守如下原则:
- 变化成本高的token不要轻易变化
- 不轻易变化的token要减少曝光频率（网络传输次数）
- 曝光频率高的token的生存周期要尽量短
将各类token的固有特点及可控属性进行调控后, 对每个指标进行量化评分（1~5分），我们可以得到如下的对比表：
备注:
- user_name/passwd 和 app_id/app_key 是等价的效果
4 token的层级关系
参考上一节的对比表，可以很容易对这些不同用途的token进行分层，主要可以分为4层：
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密码层
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最传统的用户和系统之间约定的数字身份认证方式
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会话层
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用户登录后的会话生命周期的会话认证
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调用层
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用户在会话期间对应用程序接口的调用认证
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应用层
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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
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在一个多客户端的信息系统里面,这些token的产生及应用的内在联系如下:
- 用户输入用户名和用户口令进行一次性认证
- 在 不同 的终端里面生成拥有 不同 生命周期的会话token
- 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
- 会话token可以生成和刷新延长 access_token 的生存时间
- access_token可以生成生存周期最短的用于授权的二维码的token
使用如上的架构有如下的好处：
- 良好的统一性。可以解决不同平台上认证token的生存周期的 归一化 问题
- 良好的解耦性。核心接口调用服务器的认证 access_token 可以完成独立的实现和部署
- 良好的层次性。不同平台的可以有完全不同的用户权限控制系统，这个控制可以在 会话层 中各平台解决掉
4.1 账号密码
广义的 账号/密码 有如下的呈现方式:
- 传统的注册用户名和密码
- 应用程序的app_id/app_key
它们的特点如下：
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会有特别的意义
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比如：用户自己为了方便记忆，会设置有一定含义的账号和密码。
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不常修改
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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app_id/app_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
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一旦泄露影响深远
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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
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所以在认证系统中应该尽量减少传输的机会，避免泄露。
4.2 客户端会话token
功能：充当着session的角色，不同的客户端有不同的生命周期。
使用步骤：
- 用户使用账号密码，换取会话token
不同的平台的token有不同的特点。
Web平台生存周期短
主要原因：
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环境安全性
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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
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输入便捷性
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在PC上使用键盘输入会比较便捷
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移动端生存周期长
主要原因：
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环境安全性
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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
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输入便捷性
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在移动端上使用手指在小屏幕上触摸输入体验差，输入成本高
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4.3 access_token
功能：服务端应用程序api接口访问和调用的凭证。
使用步骤：
- 使用具有较长生命周期的会话token来换取此接口访问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。
4.4 pam_token
功能：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：
- PC上用户已经完成认证，登录了系统
- PC端生成一组和此用户相关联的pam_token
- PC端将此pam_token的使用链接生成二维码
- 移动端扫码后，请求服务器，并和用户信息关联
- 移动端获取refresh_token(长时效的会话)
- 根据 refresh_token 获取 access_token
- 完成正常的接口调用工作
备注:
- 生存周期为2分钟,2分钟后过期删除
- 没有被使用时,每1分钟变一次
- 被使用后,立刻删除掉
- 此种认证模式一般不会被使用到
4.5 map_token
功能：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：
- 移动端完成用户身份的认证登录app
- 未登录的PC生成匿名的 map_token
- 移动端扫码后在db中生成 map_token 和用户关联（完成签名）
- db同时针对此用户生成 web_token
- PC端一直以 map_token 为参数查找此命名用户的 web_token
- PC端根据 web_token 去获取 access_token
- 后续正常的调用接口调用工作
备注:
- 生存周期为2分钟,2分钟后过期删除
- 没有被使用时,每1分钟变一次
- 被使用后,立刻删除掉
5 小结与展望
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：
- token的分类问题
- token的隐私性参数设置问题
- token的使用场景问题
- 不同生命周期的token分层转化关系
本文中提到的设计方法，在 应用层 中可以适用于且不限于如下场景中：
- 用户登录
- 有时效的优惠券发放
- 有时效的邀请码发放
- 有时效的二维码授权
- 具有时效 手机/邮件 验证码
- 多个不同平台调用同一套API接口
- 多个平台使用同一个身份认证中心
至于更多的使用场景，就需要大家去发掘了。
关于如何在技术上实现不同token的生存周期问题，将在后续文章中进行介绍，敬请期待。
补充内容：关于具备生命周期的token的技术实现方式
http://www.cnblogs.com/beer/p/6030882.html"过期不候"--具备生命周期的数据的技术实现方案
| 作者: | Harmo哈莫 |
|---|---|
| 作者介绍: | https://zhengwh.github.io |
| 技术博客: | http://www.cnblogs.com/beer |
| Email: | dreamzsm@gmail.com |
| QQ: | 1295351490 |
| 时间: | 2016-02 |
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