Node.js--》详解express中的身份认证

时间：2023-01-12 07:52:04

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Web开发模式

身份认证

Session认证机制

在Express中使用Session认证

JWT认证机制

在Express中使用JWT

Web开发模式

目前主流的Web开发模式有两种：

基于服务端渲染的传统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。代码如下:

app.get('/index.html',(req,res)=>{
  // 1.要渲染的数据
  const user = {name:'zs',age:20}
  // 2.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>`
  // 3.把生成好的页面内容响应给客户端。因此客户端拿到的是带有真实数据的 HTML 页面
  res.send(html)
})

服务端渲染的优缺点

优点：

1）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。

2）有利于SEO：因为服务器端响应的是完整的 HTML页面内容，所以爬虫更容易爬取获得信息，更有利于SEO。

缺点：

1）占用服务器端资源：即服务器端完成HTML页面内容的拼接，如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力。

2）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。

基于前后端分离的新型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。

前后端分离的优缺点

优点：

1）开发体验好。前端专注于UI页面的开发，后端专注于api的开发，且前端有更多的选择性

2）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刷新

3）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：

1）不利于SE0。因为完整的HTML页面需要在客户端动态拼接完成，所以爬虫对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!)

如何选择Web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。

        因此，具体使用何种开发模式并不是绝对的，为了同时兼顾了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。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。

身份认证的目的：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。

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：

1）服务端渲染推荐使用 Session 认证机制

2）前后端分离推荐使用  JWT 认证机制

Session认证机制

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。而要想突破HTTP的无状态的限制，就需要借助Cookie。

Cookie是存储在用户浏览器中的一段不超过4KB的字符串。它由一个名称(Name)、一个值(Value)和其它几个用于控制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一同发送到服务器。

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Cookie的特性：自动发送、域名独立、过期时限、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。

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Cookie的安全性问题

由于Cookie是存储在浏览器中的，而且浏览器提供了读写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，所以千万不要使用Cookie存储重要且隐私的数据，比如用户的身份信息、密码等。

而Session的认证机制就是为了提高cookie安全性的一种认证机制。

Session的工作原理

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在Express中使用Session认证

在Express项目中，只需安装 express-session 中间件，即可在项目中使用Session认证：

npm install express-session

express-session中间件安装完成后，需要通过app.use()来注册session中间件，代码如下：

// 配置 Session 中间件
const session = require('express-session')
app.use(session({
  secret:'Session_test', // secret 属性值可以是任意字符串
  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：

// 登录的API接口
app.post('/api/login',(req,res)=>{
  // 判断用户提交的信息是否正确
  if(req.body.username !=='admin' || req.body.password !=='123456'){
    return res.send({status:1,msg:'登录失败'})
  }
  // 登录成功后，将成功的用户信息保存到session中
  // 注意：只有成功配置了 express-session 这个中间件后，才能通过 req 点出来 session 这个属性
  req.session.user = req.body // 用户的信息
  req.session.islogin = true // 用户的登录状态
  res.send({status:0,msg:'登录成功'})
})

当然也可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据。代码如下：

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

Session认证的局限性：Session认证机制需要配合Cookie 才能实现。由于Cookie默认不支持跨域访问，所以，当涉及到前端跨域请求后端接口的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域Session认证。

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。

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。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工作原理：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。

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JWT的组成部分：

Header(头部)、Payload(有效荷载)、Signature(签名)。

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。

三者之间使用英文的“.”分隔，格式如下:

Header.Payload.Signature

JWT的使用方式： 客户端收到服务器返回的WT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WT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

运行如下命令安装两个JWT相关的包：

# 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
npm install jsonwebtoken express-jwt@5.3.3

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。

// 定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
const secretKey = 'Hello Node.js'

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。

// 登录接口
app.post('/api/login',(req,res)=>{
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 登录失败
  if(userinfo.username !=='admin' || userinfo.password !=='123456'){
    return res.send({
      status:400,
      message:'登录失败！'
    })
  }
  // 三个参数分别是：用户信息对象，加密密钥，配置对象
  const tokenStr = jwt.sign({username: userinfo.username},secretKey,{expiresIn:'20s'})
  // 用户登录成功后，生成 JWT 字符串，通过 token 属性响应给客户端
  res.send({
    status:200,
    message:'登录成功',
    token: tokenStr, // 要发送给客户端的 token 字符串 
  })
})

Node.js--》详解express中的身份认证

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。此时，服务器可以通过express-jwt这个中间件，自动将客户端发送过来的Token解析还原成JSON对象。

// 注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// expiresJWT({secret:secretKey}) 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，来访问从WT字符串中解析出来的用户信息了，示例代码如下：

app.get('/admin/getinfo',function(req,res){
  // 使用 req.user 获取用户信息，并使用data属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status:200,
    message:'获取用户信息成功',
    data:req.user, // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

Node.js--》详解express中的身份认证

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，捕获这个错误并进行相关的处理，示例代码如下:

// 使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token',
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误',
  })
})

Node.js--》详解express中的身份认证

具体详细代码如下：

// 导入 express 模块
const express = require('express')
// 创建服务器
const app = express()

// 导入JWT相关的两个包
const jwt = require('jsonwebtoken')
const expressJWT = require('express-jwt')

// 允许跨域资源共享
const cors = require('cors')
app.use(cors())

// 解析 post 表单数据的中间件
const bodyParser = require('body-parser')
app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false }))

// 定义 secret 密钥，建议将密钥命名为 secretKey
const secretKey = 'Hello Node.js'

// 注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// expiresJWT({secret:secretKey}) 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\//]}))

// 登录接口
app.post('/api/login',(req,res)=>{
  // 将 req.body 请求体中的数据，转存为 userinfo 常量
  const userinfo = req.body
  // 登录失败
  if(userinfo.username !=='admin' || userinfo.password !=='123456'){
    return res.send({
      status:400,
      message:'登录失败！'
    })
  }
  // 三个参数分别是：用户信息对象，加密密钥，配置对象
  const tokenStr = jwt.sign({username: userinfo.username},secretKey,{expiresIn:'50s'})
  // 用户登录成功后，生成 JWT 字符串，通过 token 属性响应给客户端
  res.send({
    status:200,
    message:'登录成功',
    token: tokenStr, // 要发送给客户端的 token 字符串 
  })
})

// 这是一个有权限的API接口
app.get('/admin/getinfo',function(req,res){
  // 使用 req.user 获取用户信息，并使用data属性将用户信息发送给客户端
  console.log(req.user);
  res.send({
    status:200,
    message:'获取用户信息成功',
    data:req.user, // 要发送给客户端的用户信息
  })
})

// 使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use((err, req, res, next) => {
  // 这次错误是由 token 解析失败导致的
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({
      status: 401,
      message: '无效的token',
    })
  }
  res.send({
    status: 500,
    message: '未知的错误',
  })
})

// 调用app.listen 方法,指定端口号并启动web服务器
app.listen(80,function(){
  console.log('Express server running at http://127.0.0.1:80');
})
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