Cookie/Session的机制与安全

转载自：https://harttle.land/2015/08/10/cookie-session.html

Cookie和Session是为了在无状态的HTTP协议之上维护会话状态，使得服务器可以知道当前是和哪个客户在打交道。

因为HTTP协议是无状态的，即每次用户请求到达服务器时，HTTP服务器并不知道这个用户是谁、是否登录过等。现在的服务器之所以知道我们是否已经登录，

是因为服务器在登录时设置了浏览器的Cookie！Session则是借由Cookie而实现的更高层的服务器与浏览器之间的会话。

Cookie 的实现机制

Cookie是由客户端保存的小型文本文件，其内容为一系列的键值对。 Cookie是由HTTP服务器设置的，保存在浏览器中，在用户访问该服务器的其他页面时，

会在HTTP请求中附上该服务器之前设置的Cookie

下面是Cookie的整个传递流程：

1、浏览器向某个URL发起HTTP请求（可以是任何请求，比如GET一个页面，POST一个登录表单等）

2、对应的服务器收到该HTTP请求，并计算应当返回给浏览器的HTTP响应（状态行，消息报头，空行、响应正文）

3、在响应头中加入Set-Cookie字段，它的值是要设置的Cookie。

4、浏览器收到来自服务器的HTTP响应

5、浏览器在响应头中发现Set-Cookie字段，就会将该字段的值保存在内存或者硬盘中，Set-Cookie字段的值可以是很多项Cookie，每一项都可以指定过期时间Expires。默认的过期时间是用户关闭浏览器时。

6、浏览器下次给该服务器发送HTTP请求时，会将服务器设置的Cookie附加在HTTP请求头字段Cookie中。浏览器可以存储多个域名下的Cookie，但只发送当前请求的域名曾经指定的Cookie，这个域名也可以在Set-Cookie字段中指定。

7、服务器收到这个HTTP请求，发现请求头中有Cookie字段，便知道之前就和这个用户打过交道了

8、过期的Cookie会被浏览器删除。

总之，服务器通过Set-Cookie响应头字段来指示浏览器保存Cookie，浏览器通过Cookie请求头字段来告诉服务器之前的状态。Cookie中包含若干个键值对，每个键值对都可以单独设置过期时间。

Cookie 的安全隐患

Cookie提供了一种手段可以使得HTTP请求可以附加当前状态，现今的网站也是靠Cookie来标识用户的登录状态的：

1、用户提交用户名和密码的表单，这通常是一个POST HTTP请求

2、服务器验证用户名和密码，如果合法则返回200（OK），并设置Set-Cookie为authed=true。

3、浏览器存储该Cookie

4、浏览器发送请求时，在请求头中设置Cookie字段为authed=true。

5、服务器收到第二次请求，从Cookie字段得知该用户已经登录。按照已经登录用户的权限来处理此次请求。

但是，有个严重的问题：

发送HTTP请求的不只是浏览器，很多HTTP客户端软件（curl、Node.js）都可以发送任意的HTTP请求，可以设置任何头字段。假如我们直接设置Cookie字段为authed=true并发送该HTTP请求，服务器岂不是被欺骗了？这种攻击非常容易，Cookie是可以被篡改的。

Cookie 防篡改机制

服务器可以为每个Cookie项生成签名，由于用户篡改Cookie后无法生成对应的签名，服务器便可以得知用户对Cookie进行了篡改。一个简单的校验过程如下：

1、在服务器中配置一个不为人知的字符串（我们叫它Secret），比如：想x%#4

2、当服务器需要设置Cookie时（比如authed=false），不仅设置authed的值为false。在值的后面进一步设置一个签名，最终设置的Cookie是authed=false|djdjjddlleeke

3、签名 djdjjddlleeke 是这样生成的：hash('x%#4'+'false')。要设置的值与Secret想加再取哈希

4、用户收到HTTP响应并发现头字段set-Cookie:authed=false|djdjjddlleeke

5、用户在发送HTTP请求时，发现Cookie:authed=true|???。服务器开始进行校验：Hash（'x%#4'+'true''）,便会发现用户提供的签名不正确。通过给Cookie签名，使得服务器得以知道Cookie被篡改。然而，因为Cookie是明文传输的，只要服务器设置过一次authed=true|xxx，用户就知道true的签名是xxx了，以后就可以用这个签名在没有登录的情况下来欺骗服务器了。因此Cookie中最好不要放敏感数据。一般来讲Cookie中只放一个SessionId，而Session存储在服务器端。

Session 的实现机制

Session是存储在服务端的，避免了在客户端Cookie中存储敏感数据。Session可以存储在HTTP服务器的内存中，也可以存在内存数据库如redis中，对于重量级的应用甚至可以存储在数据库中。

以存储在redis中的Session为例，考察如何验证用户登录状态的问题：

1、用户提交包含用户名和密码的表单，发送HTTP请求。

2、服务器验证用户发来的用户名和密码

3、如果正确则把当前用户名（通常是用户对象）存储到redis中，并生成它在redis中的key（ID），这个ID称为SessionID，通过SessionID可以从redis中取出对应的用户对象，敏感数据（比如authId=true）都存储在这个用户对象中。

4、设置Cookie为SessionId=xxxx|checksum并发送HTTP响应，仍然为每一项Cookie都设置签名

5、用户收到HTTP响应后，便看不到任何敏感数据了。在此后的请求中发送该Cookie给服务器。

6、服务器收到此后的HTTP请求后，发现Cookie中有SessionID，进行防篡改验证

7、防篡改验证通过后，根据ID从Redis中取出对应的用户对象，查看该对象的状态并继续执行业务逻辑

Web应用框架都会实现上述过程，在Web应用中可以直接获得当前用户。相当于在HTTP协议之上，通过Cookie实现了持久的会话。这个会话便称为Session。