App后台开发运维和架构实践学习总结（12）——基于token的多平台身份认证架构设计

迈不过友情╰ 2022-04-25 01:18 178阅读 0赞

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# 一、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** 。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ2hhaXlhbmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

不同的客户端产生了不同的用户使用场景，这些场景：

1.  有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。

# 二、使用场景 #

下面是一些在IT服务常见的一些使用场景:

1.  用户在web浏览器端登录系统,使用系统服务
2.  用户在手机端（Android/iOS）登录系统,使用系统服务
3.  用户使用开放接口登录系统,调用系统服务
4.  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）
5.  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
4.  身份授权类别
    
     *  PC和移动端相互授权的token

# 三、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
3.  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:

1.  曝光频率高的容易被截获
2.  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:

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

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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ2hhaXlhbmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

备注:

*  **user\_name/passwd** 和 **app\_id/app\_key** 是等价的效果

# 四、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：

1.  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
2.  会话层
    
    用户登录后的会话生命周期的会话认证
3.  调用层
    
    用户在会话期间对应用程序接口的调用认证
4.  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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ2hhaXlhbmcuYmxvZy5jc2RuLm5ldA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

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:

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

使用如上的架构有如下的好处：

1.  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
2.  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
3.  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:

1.  传统的注册用户名和密码
2.  应用程序的app\_id/app\_key

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
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：

1.  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：

1.  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
2.  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：

1.  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
2.  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：

1.  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 refresh\_token 获取 access\_token
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 **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:

*  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

# 五、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：

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：

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

[Link 1]: http://www.captainbed.net/haiyang/
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