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闲话HTTP短连接中的Session和Token

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引言

Http协议在现今主流的IM系统中拥有无可替代的重要性(在IM系统中用HTTP发起的连接被大家简称为http短连接),但Http作为传统互联网信息交换技术,一些典型的概念比如:Session、Token,对于新手程序员来说很陌生。

很多文章动辄长篇大论、高屋建瓴地从底层协议再到上层分布式应用式的讲解,根本不适合傻白甜程序员,本文的写作目的是以最白话地方式,通俗易懂的为你讲清HTTP协议中的Session和Token等概念,希望读完全文,您仍能满怀信心,继续义无反顾地跳入程序员这个职业深坑 ^_^。

互联网源起

1990年12月25日,罗伯特·卡里奥在CERN(即位于日内瓦的欧洲原子核研究会)和蒂姆·伯纳斯·李一起成功通过Internet实现了HTTP代理与服务器的第一次通讯。蒂姆·伯纳斯·李(Tim Berners-Lee)爵士作为万维网(World Wide Web,简称WWW或互联网)的发明者,被尊称为互联网之父。蒂姆·伯纳斯·李建立的第一个网站(也是世界上第一个网站)是http://info. cern. ch/,它于1991年8月6日上网(即北京时间8月7日)。

1955年6月8日,伯纳斯·李出生于英格兰伦敦西南部。他的父母都参与了世界上第一台商业电脑,曼切斯特1型(Manchester Mark I)的建造。2017年,他因“发明万维网、第一个浏览器和使万维网得以扩展的基本协议和算法”而获得2016年度的图灵奖,同时还有100万美元奖金(该奖金由谷歌公司提供)。

在此前的伦敦2012奥运会开幕式上,开幕式总导演丹尼·博伊尔特别为表扬蒂姆·伯纳斯·李爵士的功绩,设计了激动人心的一幕:蒂姆·伯纳斯·李爵士在“伦敦碗”场馆中央用电脑键盘敲出了一句话:This Is For Everyone(为了每一个人)。

媒体评述:“如果蒂姆·伯纳斯-李爵士为互联网申请专利,他将是世界最富有的万亿富豪”。但是,蒂姆·伯纳斯-李爵士将他的发明无偿贡献给全人类。

蒂姆·伯纳斯·李爵士参与了伦敦奥运2012开幕式的表演

美好的旧时光

我经常想象并怀念三十年前那原始而美好的互联网旧时光, 工作很轻松, 生活很悠闲。

上班的时候偶尔有些HTTP的请求发到我这里, 我简单的看一下, 取出相对应的html文档,图片,发回去就可以了, 然后就可以继续喝茶聊天。

早期IE浏览器界面

我的创造者们对我很好, 他们制定的一个简单HTTP协议, 就是请求加响应, 尤其是我不用记住是谁刚刚发了HTTP请求, 每个请求对我来说都是全新的!

邮件服务器很羡慕我, 他说:老弟,你的生活太惬意了, 哪像我, 每次有人从客户端访问邮箱, 我都得专门给他建立一个会话, 来处理他发的消息, 你倒好, 完全不用管理会话。

这是由应用的特性决定的, 如果邮件服务器不管理会话, 那多个人之间的邮件消息就会完全混到一起了, 乱作一团了。

而30年前的Web 基本上就是文档的浏览而已, 既然是浏览,我作为一个服务器, 为什么要记住谁在一段时间里都浏览了什么文档呢?

是时候该Session出场了

但是好日子没持续多久, 很快大家就不满足于静态的Html 文档了, 交互式的Web应用开始兴起, 尤其是论坛, 在线购物等网站。

我马上就遇到了和邮件服务器一样的问题, 那就是必须管理会话,必须记住哪些人登录系统, 哪些人往自己的购物车中放了商品, 也就是说我必须把每个人区分开。

这对我来说是个不小的挑战, 由于HTTP协议的无状态特性, 我必须加点小手段,才能完成会话管理。

我想出的办法就是给大家发一个会话标识(session id), 说白了就是一个随机的字符串,每个人收到的都不一样, 每次大家向我发起HTTP请求的时候,把这个字符串给一并捎过来, 这样我就能区分开谁是谁了。

沉重的负担

大家都很高兴, 可是我就不爽了。

每个人只需要保存自己的session id,而我需要保存所有人的session id ! 如果访问我的人多了, 就得由成千上万,甚至几十万个。

这对我来说是一个巨大的开销 , 严重的限制了我的扩展能力, 比如说我用两个机器组成了一个集群, 小F通过机器A登录了系统, 那session id会保存在机器A上, 假设小F的下一次请求被转发到机器B怎么办? 机器B可没有小F的 session id啊。

有时候我会采用一点小伎俩: session sticky , 就是让小F的请求一直粘连在机器A上, 但是这也不管用, 要是机器A挂掉了, 还得转到机器B去。

那我只好做session 的复制了, 把session id 在两个机器之间搬来搬去, 快累死了。

后来有个叫Memcached的给我支了招: 把session id 集中存储到一个地方, 所有的机器都来访问这个地方的数据, 这样一来,就不用复制了, 但是增加了单点失败的可能性, 要是那个负责session 的机器挂了, 所有人都得重新登录一遍, 估计得被人骂死。

我也尝试把这个单点的机器也搞出集群,增加可靠性, 但不管如何, 这小小的session 对我来说是一个沉重的负担。

时间换空间:Token是个不错的方案

这几天的晚上我一直在思考, 我为什么要保存这可恶的session呢, 只让每个客户端去保存该多好?

可是如果我不保存这些session id , 我怎么验证客户端发给我的session id 的确是我生成的呢? 如果我不去验证,我都不知道他们是不是合法登录的用户, 那些不怀好意的家伙们就可以伪造session id , 为所欲为了。

嗯,对了,关键点就是验证 !

比如说, 小F已经登录了系统, 我给他发一个令牌(token), 里边包含了小F的 user id, 下一次小F 再次通过Http 请求访问我的时候, 把这个token 通过Http header 带过来不就可以了。

不过这和session id没有本质区别啊, 任何人都可以可以伪造, 所以我得想点儿办法, 让别人伪造不了。

那就对数据做一个签名吧, 比如说我用HMAC-SHA256 算法,加上一个只有我才知道的密钥, 对数据做一个签名, 把这个签名和数据一起作为token , 由于密钥别人不知道, 就无法伪造token了。

这个token 我不保存, 当小F把这个token 给我发过来的时候,我再用同样的HMAC-SHA256 算法和同样的密钥,对数据再计算一次签名, 和token 中的签名做个比较, 如果相同, 我就知道小F已经登录过了,并且可以直接取到小F的user id , 如果不相同, 数据部分肯定被人篡改过, 我就告诉发送者: 对不起,没有认证。

Token 中的数据是明文保存的(虽然我会用Base64做下编码, 但那不是加密), 还是可以被别人看到的, 所以我不能在其中保存像密码这样的敏感信息。

当然, 如果一个人的token 被别人偷走了, 那我也没办法, 我也会认为小偷就是合法用户, 这其实和一个人的session id 被别人偷走是一样的。

这样一来, 我就不保存session id 了, 我只是生成token , 然后验证token , 我用我的CPU计算时间获取了我的session 存储空间 !

解除了session id这个负担, 可以说是无事一身轻, 我的机器集群现在可以轻松地做水平扩展, 用户访问量增大, 直接加机器就行。这种无状态的感觉实在是太好了!

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