前端安全系列之登录那些事

一、Cookie与Session

HTTP是无状态协议，它不对之前发生过的请求和响应的状态进行保存。因为无法管理用户状态，对于要登录的页面，每次跳转新页面时都需要再次登录。

于是引入了Cookie来管理用户状态：

① 首先客户端发起不带Cookie信息的登录请求

② 服务端接收到请求，验证用户数据正确后，添加响应头Set-Cookie

③ 客户端收到响应报文后，检查到响应头Set-Cookie，在本地保存Cookie

④ 之后每次向该域发起请求时，自动添加请求头Cookie，发送给服务端

⑤ 服务端获取请求头Cookie，根据Cookie的值，就可以判断出用户是否登录

但是Cookie极容易被篡改和伪造，于是产生了Session，Session将用户信息保存在服务端，那么Session是如何管理用户状态的呢？

① 首先客户端发起不带Cookie信息的登录请求

② 服务端接收到请求，检查到没有携带口令，验证用户密码正确后生成Session，将用户信息保存在Session，设置响应头Set-Cookie，通常是将Session ID作为口令值

③ 客户端检查到Set-Cookie响应头，在本地保存Cookie信息

④ 之后每次发起请求时，自动在请求头Cookie中携带口令，发送给服务端

⑤ 服务端获取Cookie携带的口令值，找到对应的Session，就可以判断用户状态

二、如何让Session口令值更安全

虽然口令值由服务端生成，用户不容易伪造，But nothing is impossible；而且口令值存在客户端，就有可能被盗用。一旦口令值被伪造或盗用，攻击者就可以伪装成用户访问服务端的数据。

那么如何让Session口令值更安全呢？

① 将客户端的某些独有信息+口令值作为原值，对其进行签名

② 将口令值拼接签名返回给客户端，将Cookie设置为HttpOnly（禁止用户通过脚本来获取和更改Cookie）

③ 服务端再次收到请求，取客户端信息与口令值签名，与客户端携带的签名对比，不相等，说明请求不合法

这样的话：

① 即使攻击者知道了口令值，由于不知道密钥，无法伪造签名

② 即使攻击者通过某种方式得到了真实的口令值和签名，但是由于攻击者的客户端信息不一样，发送到服务端后，会得到不一样的签名，签名校验不能通过

三、多系统的复杂性

web系统由早期的单系统发展成多系统组成的应用群，面对如此众多的系统，用户难道要一个个登录、再一个个注销吗？

系统复杂性应该由系统内部承担，而不是用户。无论web系统内部多么复杂，对用户而言，都是一个统一的整体，也就是说，用户访问web系统的整个应用群与访问单个系统一样，只要登录/注销一次就够了。

因为Cookie不允许跨域，早期多系统登录采用将Cookie种在顶级域名下的方式，来实现Cookie共享。这种方式的局限在于：

① 应用群各系统的域名得统一

② 应用群各系统的web服务端使用的技术要相同，比如Session口令值以及它的签名

方式要相同，要不Session口令值不同，无法维持会话

因此，我们需要一种全新的登录方式来实现多系统应用群的登录，这就是单点登录。

四、单点登录

单点登录全称Single Sign On（简称SSO），是指在多系统应用群中登录一个系统，便可在其它所有系统中得到授权而无需再次登录。包括单点登录与单点注销两部分：

1、单点登录

　 相比于单系统登录，SSO需要一个独立的认证中心，只有认证中心能接受用户的用 户名密码等安全信息，其它系统不提供登录入口，只接受认证中心的间接授权。

通常SSO认证中心验证用户数据没问题后，会创建授权Token，分发给各个子系统。子系统拿到Token，即得到了授权，可以借此创建局部会话，局部会话登录方式与单系统的登录方式相同。这个过程，也就是单点登录的原理。

例如：

 用户访问系统1，系统1发现用户未登录，跳转至SSO认证中心，并将自己的地址作为参数

 SSO认证中心发现用户未登录，将用户引导至登录页面

 用户输入用户名密码提交登录申请

 SSO认证中心校验用户信息，创建用户与SSO认证中心之间的会话，称为全局会话，同时创建授权Token

 SSO认证中心带着Token跳转回最初的请求地址（系统1）

 系统1拿到Token，去SSO认证中心校验Token是否有效

 SSO认证中心校验Token，返回有效，注册系统1

 系统1使用该Token创建与用户的会话，称为局部会话，返回受保护资源

 用户访问系统2的受保护资源

 系统2发现用户未登录，跳转至SSO认证中心，并将自己的地址作为参数

 SSO认证中心发现用户已登录，跳转回系统2的地址，并附上令牌

 系统2拿到令牌，去SSO认证中心校验令牌是否有效

 SSO认证中心校验令牌，返回有效，注册系统2

 系统2使用该令牌创建与用户的局部会话，返回受保护资源

用户登录成功之后，会与SSO认证中心及各个子系统建立会话，用户与SSO认证中心建立的会话称为全局会话，用户与各个子系统建立的会话称为局部会话，局部会话建立之后，用户访问子系统受保护资源将不再通过SSO认证中心，全局会话与局部会话有如下约束关系：

① 局部会话存在，全局会话一定存在

② 全局会话存在，局部会话不一定存在

③ 全局会话销毁，局部会话必须销毁

2、单点注销

单点登录自然也要单点注销，在一个子系统中注销，所有子系统的会话都将被销毁。

 用户向系统1发起注销请求

 系统1根据用户与系统1建立的会话拿到Token，向SSO认证中心发起注销请求

 SSO认证中心校验Token有效，销毁全局会话，同时取出所有用此Token注册的系统地址

 SSO认证中心向所有注册系统发起注销请求

 各注册系统接收SSO认证中心的注销请求，销毁局部会话

 SSO认证中心引导用户至登录页面

五、登录安全防范

1、CSRF攻击

CSRF（Cross-site request forgery）跨站请求伪造：攻击者诱导受害者进入第三方网站，在第三方网站中，向被攻击网站发送跨站请求。利用受害者在被攻击网站已经获取的登录凭证，绕过后台的用户验证，达到冒充用户对被攻击网站执行某项操作的目的。

一个典型的CSRF攻击有着如下的流程：

① 受害者登录网站a，并保留了登录凭证Cookie

② 攻击者引诱受害者访问网站b，它向网站a的服务器发送了一个跨站请求，该请求会默认携带网站a的Cookie

③ 网站a的服务器接收到请求后，对请求进行验证，确认是受害者的凭证，误以为是受害者自己发送的请求，以受害者的名义执行某个操作

④ 攻击完成，攻击者在受害者不知情的情况下，冒充受害者，让网站a执行了攻击者自己定义的操作

CSRF通常发生在第三方域名，由于浏览器同源策略的限制，攻击者不能获取到受害者的Cookie信息，只是冒用。针对这2点，我们可以制定相应的防护策略：

1）同源检测

服务器通过解析Origin 或Referer这两个请求头，确定请求的来源域，如果请求来自外域，直接阻止。

缺点：在部分情况下，攻击者可以隐藏甚至修改自己请求的Referer；会误伤一些正常请求，比如通过搜索结果跳转的页面请求。

2）Samesite Cookie

为了从源头上解决CSRF攻击，Google起草了一份草案来改进HTTP协议，即为响应头Set-Cookie新增Samesite属性：

Strict：任何情况下都不可能作为第三方Cookie，其它网站发起的任意请求都不会携带上该Cookie，包括搜索页面。

Lax：用户在不同网站之间通过链接跳转不受影响；但假如这个请求是从其它网站发起的请求，或者页面跳转是通过表单POST提交触发的，则Cookie也不会携带发送。

缺点：目前还并不成熟，其应用场景有待观望。

3）双重Cookie

① 在用户访问网站页面时，向请求域名注入两个Cookie，一个是原本要注入的Cookie，一个比如随机字符串

② 前端向后端发起请求时，取出随机字符串，添加到URL参数或请求头中

③ 后端验证携带的随机数与Cookie中的随机数是否一致，不一致则拒绝请求

缺点：难以做到子域名隔离，认证Cookie必须被种在顶级域名下，每个子域才可以访问；如果某个子域存在XSS漏洞，攻击者将这个认证Cookie修改为自己配置的Cookie；攻击者直接使用自己配置的Cookie发起CSRF攻击。

4）CSRF Token

CSRF攻击者无法直接窃取到用户的Cookie，仅仅是冒用；而CSRF攻击之所以能够成功，是因为服务器误把攻击者发送的请求当成了用户的请求。

① 服务器生成登录Cookie时，同时生成Token和Token签名的2个Cookie

② 前端向后端发起请求时，将Token添加到URL参数或请求头中

③ 后端收到请求，首先验证参数与Token相不相同，不相同则中止请求；然后校验签名，不相同则中止请求。因为攻击者不知道密钥，使用Token签名可以防止Cookie被篡改和伪造。

缺点：每个请求都需要携带Token，且需要服务端对每个请求进行校验。所以一般只对包含敏感数据的请求做此处理。

2、短信防刷

短信轰炸是指攻击者利用从各个网站上找到的发送动态短信的URL和前端输入的被攻击者的手机号码，发送HTTP请求，每次请求给用户发送一个动态短信。

危害：增加公司的运营成本，因为短信是需要计费的；被攻击者大量被动接收非自身请求的短信，造成无法正常使用移动运营商业务；给公司形象造成极大影响，因为一般短信会带公司签名。

常见防范手段：

 短信发送间隔设置

 发送量限制

 图文验证码

 触发流程限制

六、全球部署问题

Session存在内存里随着用户的增多会导致内存溢出，且不能跨进程、跨机器共享，且重启进程后会导致Session丢失，所以Session通常会存在第三方缓存，比如Redis里。

Redis全球部署带来的问题在于，已登录的用户再次请求时，如果请求定位到不同集群的Redis，会导致登录状态失效。

解决方案：

 不同集群Redis数据同步

 保证相同集群的Web服务请求同一集群的Redis