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前端与后端的身份认证

Web开发模式

目前主流的Web开发模式有两种，分别是：

• 基于服务端渲染的传统Web开发模式
• 基于前后端分离的新型Web开发模式

服务端渲染的Web开发模式

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，代码示例如下：

app.get('/index.html', (req, res) => {
    // 要渲染的数据
    const user = {name: 'zs', age: 20}
    // 服务器通过字符串的拼接，动态生成HTML内容
    const html = `<h1>姓名：${user.name}，年龄：${user.age}</h1>`
    // 把生成好的页面内容响应给客户，因此，客户端拿到的是带有真实数据的HTML页面
    res.send(html)
})

优点：

• 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。
• 有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的HTML页面内容，所以爬虫更容易获取信息，更有利于SEO。

缺点：

• 占用服务器端资源。即服务器端完成HTML页面内容的拼接，如果请求过多，会对服务器造成一些访问压力。
• 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。

前后端分离的Web开发模式

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：

• 开发体验。前端专注于UI页面的开发，后端专注于api的开发，且前端由更多的选择性。
• 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解析。
• 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：

• 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）

根据场景选择开发模式

• 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。
• 而类似于后台管理项目，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。

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，手机的密码指纹解锁等。
• 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。

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，你去找快递员时要怎么证明这份快递是你的。

在互联网开发项目中，如何对用户的身份进行认证，是一个值得深入讨论的问题。

不同开发模式下的身份认证

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：

• 服务端渲染推荐使用Session认证机制
• 前后端分离推荐使用JWT认证机制

Session认证机制

HTTP协议下的无状态性

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。

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：现实世界终端会员卡身份认证方式，在Web开发中的专业术语叫做Cookie。

Cookie

Cookie是存储在用户浏览器中的一段不能超过4KB的字符串，它由一个名称（Name）、一个值（Value）和其他几个用于控制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移动发送到服务器。

Cookie的几大特性：

1. 自动发送
2. 域名独立
3. 过期时限
4. 4KB限制

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。

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：千万不要用Cookie存储重要且隐私的数据，比如用户身份信息、密码等。

提高身份认证的安全性

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。

在Express中使用Session认证

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

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：

var session = require('express-session')
app.use(session({
    secret: 'keyboard cat', // secret属性的值可以为任意字符串
    resave: false, // 固定写法
    saveUninitialized: true // 固定写法
}))

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：

app.post('/api/login', (req, res) => {
  // 判断用户提交的登录信息是否正确
  if (req.body.username !== 'admin' || req.body.password !== '000000') {
    return res.send({ status: 1, msg: '登录失败' })
  }

  // TODO_02：请将登录成功后的用户信息，保存到 Session 中
  req.session.user = req.body // 将用户的信息，存储到session中
  req.session.islogin = true // 将用户的登录状态，存储到session中

  res.send({ status: 0, msg: '登录成功' })
})

可以直接从req.session对象上获取之前存储的数据：

app.get('/api/username', (req, res) => {
  // 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 })
})

如退出登录的接口时，调用req.session.destroy()函数，即可清空服务器保存的session信息：

// 退出登录的接口
app.post('/api/logout', (req, res) => {
  // TODO_04：清空 Session 信息
  req.session.destroy()
  res.send({
    status: 0,
    msg: '退出登录成功'
  })
})

注：req.session.destroy()只会清空当前用户的session。

Session认证机制的局限性

Session认证机制需要配合Cookie才能实现，由于Cookie不支持跨域访问，所以，当涉及到前端跨域请求后端接口的时候，需要做很多的额外配置，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。

JWT认证机制

JWT（英文全称：JSON Web Token）是目前最流行的跨域认证解决方案。

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。

组成

JWT通常由三部分组成，分别是Header（头部）、Payload（有效载荷）、Signature（签名）。三者之间使用英文的“.”分隔，格式为：Header.Payload.Signature

• 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。

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>

在express中使用JWT

安装JWT相关包

使用npm install jsonwebtoken express-jwt命令安装两个JWT相关包。

• 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

导入JWT相关包

使用require()函数，分别导入JWT相关的两个包：

// 用于导入生成JWT字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')
// 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')

定义secret密钥

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：

• 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
• 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

const secretKey = 'itheima No1 ^_^'

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：

app.post('/api/login', function(req, res){
    // 用户登录成功之后，生成JWT字符串，通过token属性响应给客户端
    res.send({
        status: 200,
        message: '登陆成功',
        // 调用jwt.sign()生成JWT字符串，三个参数分别时：用户信息对象、加密密钥、配置对象
        token: jwt.sign({ username: userinfo.username }, secretKey, {expiresIn: '30s'})
    })
})

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。

// 使用app.use()来注册中间件
// express.JWT({ 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\//]}))

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JWT字符串中解析出来的用户信息了：

app.get('/admin/getinfo', function(req, res){
    console.log(req.user)
    res.send({
        status: 200,
        message: '获取用户信息成功'，
        data: req.user
    })
})

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。

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，捕获这个错误比你高进行相关的处理：

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'})
    }
    // 其他原因的错误
    res.send({status: 500, message: '未知错误'})
})