基于 token 的多平台身份认证架构设计

分手后的思念是犯贱 2021-08-24 11:48 338阅读 0赞

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作者 | 哈莫

链接 | cnblogs.com/beer/p/6029861.html

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 。

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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：

1、原始账号密码类别

*  用户名和密码
 *  API 应用 ID/KEY

2、会话 ID 类别

*  浏览器端 token
 *  移动端 token
 *  API 应用 token

3、接口调用类别

*  接口访问 token
 *  身份授权类别
 *  PC 和移动端相互授权的 token

## 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: ###

1、使用成本  
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

2、变化成本  
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

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: ###

**1、使用频率**

在网路中传送的频率

**2、有效时间**

此 token 从创建到终结的生存时间

> 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：

![format_png 2][]

> 备注: username/passwd 和 appid/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：

*  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：

![format_png 3][]

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 appid/appkey

#### 它们的特点如下： ####

**1、会有特别的意义**

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。

**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 appid/appkey 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。

### 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：

*  环境安全性：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
 *  输入便捷性：在 PC 上使用键盘输入会比较便捷

#### 移动端生存周期长 ####

主要原因：

*  环境安全性：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
 *  输入便捷性：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

### 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：**

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 refreshtoken 获取 accesstoken
7.  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：**

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 maptoken 为参数查找此命名用户的 webtoken
6.  PC 端根据 webtoken 去获取 accesstoken
7.  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。

（完）

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