使用 AngularJS & NodeJS 实现基于token 的认证应用（转）

认证是任何 web 应用中不可或缺的一部分。在这个教程中，我们会讨论基于 token 的认证系统以及它和传统的登录系统的不同。这篇教程的末尾，你会看到一个使用 AngularJS 和 NodeJS 构建的完整的应用。

一、认证系统

传统的认证系统

在开始说基于 token 的认证系统之前，我们先看一下传统的认证系统。

  • 用户在登录域输入 用户名 和 密码 ，然后点击 登录 ；

  • 请求发送之后，通过在后端查询数据库验证用户的合法性。如果请求有效，使用在数据库得到的信息创建一个 session，然后在响应头信息中返回这个 session 的信息，目的是把这个 session ID 存储到浏览器中；
  • 在访问应用中受限制的后端服务器时提供这个 session 信息；
  • 如果 session 信息有效，允许用户访问受限制的后端服务器，并且把渲染好的 HTML 内容返回。
使用 AngularJS & NodeJS 实现基于token 的认证应用（转）

在这之前一切都很美好。web 应用正常工作，并且它能够认证用户信息然后可以访问受限的后端服务器；然而当你在开发其他终端时发生了什么呢，比如在 Android 应用中？你还能使用当前的应用去认证移动端并且分发受限制的内容么？真相是，不可以。有两个主要的原因：

  • 在移动应用上 session 和 cookie 行不通。你无法与移动终端共享服务器创建的 session 和 cookie。

  • 在这个应用中，渲染好的 HTML 被返回。但在移动端，你需要包含一些类似 JSON 或者 XML 的东西包含在响应中。

在这个例子中，需要一个独立客户端服务。

基于 token 的认证

在基于 token 的认证里，不再使用 cookie 和session。token 可被用于在每次向服务器请求时认证用户。我们使用基于 token 的认证来重新设计刚才的设想。

将会用到下面的控制流程：

  • 用户在登录表单中输入 用户名 和 密码 ，然后点击 登录 ；

  • 请求发送之后，通过在后端查询数据库验证用户的合法性。如果请求有效，使用在数据库得到的信息创建一个 token，然后在响应头信息中返回这个的信息，目的是把这个 token 存储到浏览器的本地存储中；
  • 在每次发送访问应用中受限制的后端服务器的请求时提供 token 信息；
  • 如果从请求头信息中拿到的 token 有效，允许用户访问受限制的后端服务器，并且返回 JSON 或者 XML。

在这个例子中，我们没有返回的 session 或者 cookie，并且我们没有返回任何 HTML 内容。那意味着我们可以把这个架构应用于特定应用的所有客户端中。你可以看一下面的架构体系：

使用 AngularJS & NodeJS 实现基于token 的认证应用（转）

那么，这里的 JWT 是什么？

二、JWT

JWT 代表 JSON Web Token ，它是一种用于认证头部的 token 格式。这个 token 帮你实现了在两个系统之间以一种安全的方式传递信息。出于教学目的，我们暂且把 JWT 作为“不记名 token”。一个不记名 token 包含了三部分：header，payload，signature。

  • header 是 token 的一部分，用来存放 token 的类型和编码方式，通常是使用 base-64 编码。

  • payload 包含了信息。你可以存放任一种信息，比如用户信息，产品信息等。它们都是使用 base-64 编码方式进行存储。
  • signature 包括了 header，payload 和密钥的混合体。密钥必须安全地保存储在服务端。

你可以在下面看到 JWT 刚要和一个实例 token：

使用 AngularJS & NodeJS 实现基于token 的认证应用（转）

你不必关心如何实现不记名 token 生成器函数，因为它对于很多常用的语言已经有多个版本的实现。下面给出了一些：

三、一个实例

在讨论了关于基于 token 认证的一些基础知识后，我们接下来看一个实例。看一下下面的几点，然后我们会仔细的分析它：

使用 AngularJS & NodeJS 实现基于token 的认证应用（转）

  1. 多个终端，比如一个 web 应用，一个移动端等向 API 发送特定的请求。

  2. 类似 []() 这样的请求发送到服务层。如果很多人使用了这个应用，需要多个服务器来响应这些请求操作。
  3. 这时，负载均衡被用于平衡请求，目的是达到最优化的后端应用服务。当你向 []() 发送请求，最外层的负载均衡会处理这个请求，然后重定向到指定的服务器。
  4. 一个应用可能会被部署到多个服务器上（server-1, server-2, ..., server-n）。当有请求发送到[]() 时，后端的应用会拦截这个请求头部并且从认证头部中提取到 token 信息。使用这个 token 查询数据库。如果这个 token 有效并且有请求终端数据所必须的许可时，请求会继续。如果无效，会返回 403 状态码（表明一个拒绝的状态）。

优势

基于 token 的认证在解决棘手的问题时有几个优势：

  • Client Independent Services 。在基于 token 的认证，token 通过请求头传输，而不是把认证信息存储在 session 或者 cookie 中。这意味着无状态。你可以从任意一种可以发送 HTTP 请求的终端向服务器发送请求。
  • CDN 。在绝大多数现在的应用中，view 在后端渲染，HTML 内容被返回给浏览器。前端逻辑依赖后端代码。这中依赖真的没必要。而且，带来了几个问题。比如，你和一个设计机构合作，设计师帮你完成了前端的 HTML，CSS 和 JavaScript，你需要拿到前端代码并且把它移植到你的后端代码中，目的当然是为了渲染。修改几次后，你渲染的 HTML 内容可能和设计师完成的代码有了很大的不同。在基于 token 的认证中，你可以开发完全独立于后端代码的前端项目。后端代码会返回一个 JSON 而不是渲染 HTML，并且你可以把最小化，压缩过的代码放到 CDN 上。当你访问 web 页面，HTML 内容由 CDN 提供服务，并且页面内容是通过使用认证头部的 token 的 API 服务所填充。
  • No Cookie-Session (or No CSRF) 。CSRF 是当代 web 安全中一处痛点，因为它不会去检查一个请求来源是否可信。为了解决这个问题，一个 token 池被用在每次表单请求时发送相关的 token。在基于 token 的认证中，已经有一个 token 应用在认证头部，并且 CSRF 不包含那个信息。
  • Persistent Token Store 。当在应用中进行 session 的读，写或者删除操作时，会有一个文件操作发生在操作系统的temp 文件夹下，至少在第一次时。假设有多台服务器并且 session 在第一台服务上创建。当你再次发送请求并且这个请求落在另一台服务器上，session 信息并不存在并且会获得一个“未认证”的响应。我知道，你可以通过一个粘性 session 解决这个问题。然而，在基于 token 的认证中，这个问题很自然就被解决了。没有粘性 session 的问题，因为在每个发送到服务器的请求中这个请求的 token 都会被拦截。

这些就是基于 token 的认证和通信中最明显的优势。基于 token 认证的理论和架构就说到这里。下面上实例。

四、应用实例

你会看到两个用于展示基于 token 认证的应用：

  1. token-based-auth-backend
  2. token-based-auth-frontend

在后端项目中，包括服务接口，服务返回的 JSON 格式。服务层不会返回视图。在前端项目中，会使用 AngularJS 向后端服务发送请求。

token-based-auth-backend

在后端项目中，有三个主要文件：

  • package.json 用于管理依赖；

  • models\User.js 包含了可能被用于处理关于用户的数据库操作的用户模型；
  • server.js 用于项目引导和请求处理。

就是这样！这个项目非常简单，你不必深入研究就可以了解主要的概念。

{
    "name": "angular-restful-auth",
    "version": "0.0.1",
    "dependencies": {
        "express": "4.x",
        "body-parser": "~1.0.0",
        "morgan": "latest",
        "mongoose": "3.8.8",
        "jsonwebtoken": "0.4.0"
    },
    "engines": {
        "node": ">=0.10.0"
    }
}

package.json包含了这个项目的依赖：express 用于 MVC，body-parser 用于在 NodeJS 中模拟 post 请求操作，morgan 用于请求登录，mongoose 用于为我们的 ORM 框架连接 MongoDB，最后 jsonwebtoken 用于使用我们的 User 模型创建 JWT 。如果这个项目使用版本号 >= 0.10.0 的 NodeJS 创建，那么还有一个叫做 engines 的属性。这对那些像 HeroKu 的 PaaS 服务很有用。我们也会在另外一节中包含那个话题。

var mongoose     = require('mongoose');
var Schema       = mongoose.Scema;
var UserSchema   = new Schema({
    email: String,
    password: String,
    token: String
});
module.exports = mongoose.model('User', UserSchema);

上面提到我们可以通过使用用户的 payload 模型生成一个 token。这个模型帮助我们处理用户在 MongoDB 上的请求。在User.js，user-schema 被定义并且 User 模型通过使用 mogoose 模型被创建。这个模型提供了数据库操作。

我们的依赖和 user 模型被定义好，现在我们把那些构想成一个服务用于处理特定的请求。

// Required Modules
var express    = require("express");
var morgan     = require("morgan");
var bodyParser = require("body-parser");
var jwt        = require("jsonwebtoken");
var mongoose   = require("mongoose");
var app        = express();

在 NodeJS 中，你可以使用 require 包含一个模块到你的项目中。第一步，我们需要把必要的模块引入到项目中：

var port = process.env.PORT || 3001;
var User     = require('./models/User');
// Connect to DB
mongoose.connect(process.env.MONGO_URL);

服务层通过一个指定的端口提供服务。如果没有在环境变量中指定端口，你可以使用那个，或者我们定义的 3001 端口。然后，User 模型被包含，并且数据库连接被建立用来处理一些用户操作。不要忘记定义一个 MONGO_URL 环境变量，用于数据库连接 URL。

app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: true }));
app.use(bodyParser.json());
app.use(morgan("dev"));
app.use(function(req, res, next) {
    res.setHeader('Access-Control-Allow-Origin', '*');
    res.setHeader('Access-Control-Allow-Methods', 'GET, POST');
    res.setHeader('Access-Control-Allow-Headers', 'X-Requested-With,content-type, Authorization');
    next();
});

上一节中，我们已经做了一些配置用于在 NodeJS 中使用 Express 模拟一个 HTTP 请求。我们允许来自不同域名的请求，目的是建立一个独立的客户端系统。如果你没这么做，可能会触发浏览器的 CORS（跨域请求共享）错误。

  • Access-Control-Allow-Origin 允许所有的域名。

  • 你可以向这个设备发送 POST 和 GET 请求。
  • 允许 X-Requested-With 和 content-type 头部。
app.post('/authenticate', function(req, res) {
    User.findOne({email: req.body.email, password: req.body.password}, function(err, user) {
        if (err) {
            res.json({
                type: false,
                data: "Error occured: " + err
            });
        } else {
            if (user) {
               res.json({
                    type: true,
                    data: user,
                    token: user.token
                }); 
            } else {
                res.json({
                    type: false,
                    data: "Incorrect email/password"
                });    
            }
        }
    });
});
View Code

我们已经引入了所需的全部模块并且定义了配置文件，所以是时候来定义请求处理函数了。在上面的代码中，当你提供了用户名和密码向 /authenticate 发送一个 POST 请求时，你将会得到一个 JWT。首先，通过用户名和密码查询数据库。如果用户存在，用户数据将会和它的 token 一起返回。但是，如果没有用户名或者密码不正确，要怎么处理呢？

app.post('/signin', function(req, res) {
    User.findOne({email: req.body.email, password: req.body.password}, function(err, user) {
        if (err) {
            res.json({
                type: false,
                data: "Error occured: " + err
            });
        } else {
            if (user) {
                res.json({
                    type: false,
                    data: "User already exists!"
                });
            } else {
                var userModel = new User();
                userModel.email = req.body.email;
                userModel.password = req.body.password;
                userModel.save(function(err, user) {
                    user.token = jwt.sign(user, process.env.JWT_SECRET);
                    user.save(function(err, user1) {
                        res.json({
                            type: true,
                            data: user1,
                            token: user1.token
                        });
                    });
                })
            }
        }
    });
});
View Code

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