基于 token 的多平台身份认证架构设计

• 本文作者：哈莫

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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 。

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：

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：

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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