Cookie浅析

Cookie

 翻阅了好久关于Cookie的博客及文档，感觉一直有一块结没有解开，所以一直难以在脑中形成一个顺畅的知识脉络。最后实在是遭不住，拉上我的大神朋友在食堂里坐了3个小时，问了个底朝天！总算形成了清晰的知识脉络了。

 学习知识和技术一定要知道

1. 是什么需求或场景导致了该知识或技术的产生
2. 该知识或技术的实现原理是什么
3. 该技术是否有什么缺陷，能否有更好的解决方案或者补救措施

 啊，闲话说太多了，让我们来开始正题吧。

 以一个场景为例：

 你登录网站A的账号，想要在这次输入用户名和密码登录之后，在一段时间内，重新打开该页面的时候，不需要再次输入账号名密码就能够登录账号，并收到该网站给你的推送信息。

 很正常的需求，那么让我们从程序员的角度来看看究竟是如何实现的。

## 进化之路

 保存用户登录状态的思路是这样一步步进化的：（以下都是假设使用https协议进行通信，也就是就算被数据抓包，攻击者也得不到有效的登录信息）

无状态的纯https通信 -> 每次登录账号都需要重新输入账号密码 -> 服务端使用一个flag变量来判断登录态 -> 服务端使用纯Cookie来判断登录态 -> 服务端使用session配合Cookie来判断登录态。（当然，可能还会有更安全更高效的方法，限于我才疏学浅，待我学习到了再与大家分享！）

### 无状态的纯https通信

 大家都知道的是，https是无状态的通信协议。

 也就是说，你这次与服务端通信，通信结束了，断开TCP连接，等到下次你再与该服务器进行通信，服务器就完全不认识你了，也就无从谈起登录状态保存了。

 该协议这样设计，确实减小了通信的压力，但对于想要保存登录状态的我们，实在是让人困扰。

### 每次登录账号都需要重新输入账号密码

 这是我们最不想看到的方式，由于https没有记忆性，所以每次登录我们都需要重新输入账号密码再传输给服务端文件，然后服务端文件根据传过来的账号密码在数据库中检索，若检索到则判断用户登录。

 每次都需要输入账号密码才能登录账号，这当然不行。我们继续。

### 使用一个flag变量来判断登录态

 第一次或登录态过期后再一次在ajax里带上用户的用户名与密码了，服务端接受到请求后，解析出带过来的数据，然后在数据库中进行搜索，是否存有该用户名及密码，如有，则创建一个变量flag（假设flag值等于1，为登录态有效。为0登录态无效），返回给用户。往后用户再与服务器进行交互时，都带上flag，服务端根据这个flag进行判断登录态是否有效。

 但是，这个方法本质上就是无法执行的。

 因为flag只是一个临时变量，重新打开一个tab页面时临时变量就都会被清空。也就是说，flag无法在客户端做到存储，也就无从谈起每次与服务端交互时都带上这个数据了。

 虽然说，该方式不可行，但其思路是有借鉴的意义的——只要我们能够将flag数据长久地存储在客户端中，那么就能够做到每次与服务端交互都带上这个数据了。

 这个客户端存储工具就是——Cookie。

 可能有的同学就说了：“那我们就想办法不要每次检查登录态都检索一次数据库，这样做——当用户第一次（或者是登录态过期后再一次）输入用户名密码，将这些信息通过ajax传给服务端，服务端接受到后，在数据库里检索，如果检索到了，则生成一个flag发给客户端，往后每次客户端与该服务器通信时都带上这个flag信息，只要该flag信息意义为有效，则用户登录态为有效。”

 非常聪明，这就是“使用纯Cookie来判断登录态”的基本思路了。至于该思路的问题我们接下来讲。

### 使用纯Cookie来判断登录态

 思路是这样的：

 当用户第一次（或者是登录态过期后再一次）输入用户名密码，将这些信息通过ajax传给服务端，服务端接受到后，在数据库里检索，如果检索到了，则使用set-Cookie生成一个Cookie（为了使服务端不光能够判断该登录态有效且能够知道用户的身份，所以该Cookie里得保存能够表明用户身份的信息，如账号，密码。）发给客户端，往后每次客户端与该服务器通信时都在请求头带上这个Cookie信息，只要该Cookie信息意义为有效，则用户登录态为有效，并返回该用户有关的信息，也就不需要再次输入登录的账号密码。

 这个Cookie的意义就是flag。

 这个思路成功地解决了长久存储flag的问题，不过随之而来了新的问题。

1. Cookie是一个文本文件，并且直接明文保存在浏览器中，可以直接通过inspect->Application->Cookies（以Chrome浏览器为例）中获得明文的Cookie的信息，若Cookie保存的是保密信息（如银行的登录用户名密码），有人使用你的电脑的话，则会被直接看到了，极其不安全。不过，也可以将cookie值进行加密，这样就算别人看到了你浏览器中的cookie，也无法得到其有效信息
2. 可以通过js脚本的document.Cookies()来获得Cookie，如果有别有用心的人利用这一点，使用XSS攻击（稍后会讲）的话，那么你的Cookie就会被他们获取到了，你的信息也就完全暴露给了他们。如果你想禁止这个操作，则在服务器设置Set-Cookie请求头时，设置httpOnly为true

 所以说这个思路也是有很大问题的，不过若是你的网站安全要求不高，甚至说没有安全要求，那么用这个思路也是可以的。

### 使用session配合Cookie来判断登录态

 一步步解决问题，一步步进化，我们终于来到了这一步。不过不是说该方法是完美的，他也有很多问题漏洞，等下就讲。

 既然我不想我的保密信息直接暴露在浏览器中，那么我们就在上一种思路的基础上，修改一个地方——我在Cookie中不直接保存用户的保密信息了，而是将该保密信息存在session（session可以理解为一个对象，每个session都存储在session文件中）中，生成一个session_id（很长的随机字符串）来标识该session，session_id设置在Set-Cookie中。

 我们来捋一遍过程：

 当用户第一次（或者是登录态过期后再一次）输入用户名密码，将这些信息通过ajax传给服务端，服务端接受到后，在数据库里检索，如果检索到了，创建一个session对象，在该对象中保存用户的登录信息，并生成一个session_id来作为该session的标识，再使用set-Cookie生成一个Cookie（Cookie内容为session_id）发给客户端，往后每次客户端与该服务器通信时都在请求头带上这个Cookie信息，只要该Cookie中保存的session_id能够匹配到session，则用户登录态为有效，并返回该用户有关的信息。

 这样的方式虽然解决了Cookie明文存储登录信息的问题（因为客户端中的Cookie保存的是很长的随机字符串，不用担心别人看到你的Cookie内容了就知道你的账号密码是多少了）。

 但还有个问题没有解决——可以通过js脚本的document.Cookies()来获得Cookie。如果你下载的页面中有攻击者嵌入的攻击代码，该代码就能读取到你的Cookie，然后再将得到的Cookie传给攻击者自己的服务器。

 那么，攻击者是如何嵌入攻击代码的呢？该html页面的脚本不都是开发者自己编写的吗，攻击者无法直接修改html文件的内容呀，总不可能开发者自己写了攻击代码攻击自己的网站吧？

 这就涉及到了XSS攻击。

### XSS攻击

 在讲XSS攻击之前，我们先提一下同源策略，这是Web安全的一大根基。

#### 同源策略（拒绝对html的dom结构的操作，访问别的浏览器不能带上不同源的cookie，ajax请求不能发送）

 同源策略：限制了从一个源加载的文档或脚本与另一个源的资源进行交互。(同源的意思为：相同协议，域名，端口)

 会禁止如下跨域操作：

1. js使用ajax请求不同源的脚本文件
2. js操作不同源的dom
3. js获得不同源的cookie，localStorage，sessionStorage信息

 但不禁止如下跨域操作：

1. 使用script，link，img标签时，跨域发起请求（即指定的src即使是不同源的，对应的后端文件也会响应请求）

 例如说不同源的网站A向网站B发起ajax请求，由于两者不同源，网站B会拒绝响应网站A的请求。这样的话，就防止了无权限的恶意请求，也就是说，网站B只响应有权限的请求（即同源文件的请求），而同源文件都是由可信赖的合作人编写的，所以比较安全。

 举个例子：

 攻击者发现了银行修改金额信息只需要使用ajax，在携带的信息中带上修改的金额数，后端文件接收到该请求会根据该数据来修改金额（当然实际情况不可能这么简单），那么攻击者只要从自己的服务器使用对应的url带上金额信息，如果没有同源策略的话，银行的服务器会处理该请求，也就修改了银行的数据库中的金额数据。这显然是不安全的。

 既然这样，那么我们就规定，一个源中的文件只响应同一个源下的请求，从根源上杜绝不安全代码生效。

 不过，世上没有密不透风的墙，你不响应不同源的请求，你只响应同源的请求是吧。那么我就让你同源的文件为我服务，获取到我想要的信息并发给我的服务器。

 这我们就回到了XSS攻击。

 在一般情况下，html的内容都是由开发人员设置的。但如果这是个论坛呢？（只要是能够渲染出用户的输入内容的网站就行）

 是这样的，当你输入发言内容，服务器将你的发言内容存在了数据库中，等到别人再次访问会将你的输入内容渲染出来，如果说正常文本没有关系，但如果是带有script标签呢？那么渲染到页面上的时候，就会被认为是js脚本，并乖乖地执行该脚本，给坏人做事。

 这样，攻击者就能够在正常的html页面中嵌入他的攻击代码。如果我们想要做防范措施的话，就是过滤用户的输入文本，禁止输入非法字符。

 ok，这个时候攻击者在你的html页面嵌入了攻击者的攻击代码，并且你的html页面执行了他的攻击代码帮他做了坏事，由于是同源的，所以该攻击代码相当于拥有了所有权限为所欲为。现在攻击者已经拿到了他想要的信息了，不过他还有个问题要解决——如何才能跨域将数据传输到他的服务器中。（因为攻击者的服务器绝对是跟你的服务器是不同源的，所以必须得解决跨域问题，否则攻击者的服务器接受不到从别的源中攻击得到的数据）

 一个最简单粗暴的方法——在嵌入的攻击代码中，执行插入img标签，并设置其src属性，设置该属性的值为攻击者服务器的域名并带上得到的数据作为url参数。

 因为img标签不受同源策略的限制，所以不同源的文件可以互相响应。

 就这样，用户得到了你的信息，并将数据传到了他的数据库中为他所用。

 归根结底的防范方法就是：过滤输入文本，设置字符黑名单。

 不过这还是有漏洞的，例如说将<设置为黑名单了，但我使用<的转义字符，该转义字符不在黑名单中，还是有漏洞。还是那句话世上没有不透风的墙。

### CSRF攻击

 XSS攻击是通过注入攻击代码来攻击获取你的信息权限，而CSRF攻击则是通过直接使用被攻击者的Cookie伪装为被攻击者，也就有了被攻击者的权限，从而进行攻击。

 说的太抽象了，老规矩，举个例子：

 假设你是个学生A，老师是老师B，他是你的大物老师，而你期末考试在他手底下挂了，你想要在正方教育系统中改成绩。但是，改成绩需要老师的账号密码来登陆获取修改权限，而你没有账号密码。但是，没有账号密码没有关系啊，你有他的Cookie就可以了，不就可以伪装成老师，来修改成绩了。

 当然，这个时候你也没有老师B的Cookie，这个时候你想到，如果老师访问了正方教育系统，然后没有退出该页面，即该网站的Cookie还是有效，那么只要老师再在同一个浏览器的不同tab页面再次访问正方教育系统，由于同源，不就会自动在请求头上加上Cookie值了吗？

 所以，只要我们知道正方教育系统对应路由的url，以及参数形式，不就能够做到伪装成老师B，并让服务器做出你想让他做的修改。

 ok，这时候你不知道从哪个渠道知道了正方教育系统修改成绩的url，如：http://域名/xxxx/xxxx/ChangeScore.jsp?id=学号&score=成绩。

 这时候，你就自己写个网站，里面有个img，其src就为正方教育系统修改成绩的url，然后你给老师发封邮件，其中就是该网站的链接。只要老师在登录正方教育系统网站的同时，点开了你邮件中的链接，你的网站就会跨域发起GET请求，而又因为请求头中带有正方教育系统给老师B的Cookie（再多嘴一句，Cookie是在同一个浏览器，不同tab页面，访问同一个源时共享的），所以正方教育系统网站后台发现该Cookie的session_id能够找到对应的session，也就验证了该访问用户是权限用户，也就进行了该用户的权限操作，用传过来的score参数修改成绩。

 ok，CSRF攻击的过程就讲完了。

 CSRF攻击，攻击者不需要像XSS攻击一样要拿到用户信息才能攻击，他仅需要的是让用户自己（当然，用户并不知情）去使用Cookie访问目标网站，只是说，攻击的内容由攻击者确定。

 那么，如何防范CSRF呢？

 第一种思路，由于CSRF是自动进行的，被攻击者在不知情的情况下就自动地执行了恶意操作。那么我们在确认执行操作之前，添加一个确认机制呢？例如说验证码，这样不就阻止了自动的CSRF攻击吗？

 第二种思路，CSRF的攻击是无法得到Cookie信息的，那么如果网站要求url中还需要Cookie中保存的一个随机数呢？也就是服务器为每次登录状态生成的随机数，即为Token，会存储在Cookie中返回给用户。

 ok，所以就算是使用session加上cookie也不是万事大吉的，还是有很多漏洞可以钻。

 不过做好相应的防范措施，该方法确实是个不错的方法。

 到这里，已经为大家梳理好了知识脉络了，接下来我会大家稍微介绍一个相关的知识。

## 关于Cookie的知识

cookie的类型

 我们按该Cookie的过期时间分为两类：会话Cookie和持久Cookie。

 会话Cookie是一种临时型Cookie，存储在内存中，只要用户退出浏览器（不是删除该tab页面），会话Cookie就会被一次性删除。设置会话Cookie的方法是：在创建cookie不设置Expires即可。

 持久Cookie存储在硬盘中，不会因退出浏览器而清除持久Cookie。但他并不是真正永久型Cookie，set-Cookie中设置一个特定的过期时间（expires）或者有效期（Max-Age），当有效期过了，则持久Cookie失效，也就会清除。

### Cookie的属性内容 #### domain

 Cookie是跨域是被禁止的，例如a.b.com的Cookie不可以传输给c.b.com。

 但可以使用domain来做到同个顶域下的跨域传输。

 产生Cookie的服务器可以向set-Cookie响应首部添加一个Domain属性来控制与哪些主机通信时，会在请求头带上该Cookie。

 不过有几点要注意的：

1. domain的值只能是自己的域或自己的顶域，不能是其他的域。如你不能设置domain值为baidu.com
2. 不声明domain的话，只有本域才能获得
3. 如果声明了domain，一般包含子域名

#### Path

 如果我们不想与该域下的所有路由进行http通信时都带上该Cookie，那么就在set-Cookie中设置对应的Path属性，来指定与该域下的哪个文件通信时，才带上Cookie头

Secure

 在set-Cookie中设置secure时，那么只有是https通信时，才会在请求头中带上Cookie。

HttpOnly（禁止使用JavaScript操作Cookie）

 一般来说，我们可以直接通过document.cookie来获取和设置Cookie值。

 但显然这非常的不安全呢，所以我们通过在set-Cookie中设置HttpOnly来禁止JavaScript操作Cookie。这也是防范XSS攻击的好办法。

### Cookie带来的效率问题

 有必要先解释一下什么是静态资源与动态资源：

• 不由服务器执行的，而是由浏览器执行的就是静态资源（如html，js，css，图片文件）
• 反之就是动态资源，一般是指的数据库资源

 一个网页中有许多的静态资源，这也是用户要访问的，这样的话，请求每个静态资源都需要在请求头加上cookie，但是，请求静态资源并不需要进行cookie验证，这样也就造成了严重的资源浪费，同时也降低了访问速度。

 所以对应的解决方案是：

 多域名拆分。其思想是

 如服务器域名为base.com，那么我们将页面文件放在page.base.com这个主机中，将静态资源文件放在static.base.com这个主机中。

 这样的话，两者的域名不同。当访问static.base.com获取静态资源时，就不会传输page.base.com中的cookie。

### 关于session的知识

 当距离用户上一次使用session（即重新登录页面）的时间间隔大于了失效时间，服务端就会认为客户端已经停止了活动，就会把session删除以节省空间。

 session是被删除只有如下几种情况：

1. 超时（一般在30分钟左右）
2. 程序中主动删除
3. 程序关闭

 也就是说，不会因为浏览器的关闭（也就是通常说的会话结束）而删除。而之所以大家会有这个错觉，是因为大部分session机制是使用会话Cookie来保存session_id的。

 只要Cookie（客户端维护），session（服务端维护）中有一者失效了，则登录态就失效了。

 SESSION的内容通常是与用户信息相关的信息： 1. 身份信息、登陆状态 2. 用户的个性配置、权限列表 3. 其他的一些通用数据（比如购物车）

 不过使用session+cookie来保存登录态有个问题：

1. session保存在服务端中，当用户访问量变大时，服务端需要存储大量的session，对于服务器压力很大
2. 当服务器为一个集群的时候，用户登录一个服务器，会将session保存在这个服务器中，而再次访问网站，可能登录的是另一个服务器，但却无法从该服务器中找到对应的session（因为该session在另一个服务器中存着呢），一般来说我们使用第三方服务器来做到缓存一致，不过不方便

### Token

 基于此，也就应运而生了token，token无需在服务端中存储，是用算法来判断登录态，过程如下：

1. 客户端使用用户名跟密码请求登录
2. 服务端收到请求，去验证用户名与密码
3. 验证成功后，服务端会签发一个 Token，再把这个 Token 发送给客户端
4. 客户端收到 Token 以后可以把它存储起来，比如放在 Cookie 里或者 Local Storage 里
5. 客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 Token
6. 服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 Token，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据

（全文完）

参考资料：

1. 浅谈CSRF攻击方式：https://www.cnblogs.com/wangyuyu/p/3388169.html
2. cookie的用途，它的优点和缺点：https://blog.csdn.net/shuidinaozhongyan/article/details/78242192
3. Session和Token的区别：https://blog.csdn.net/qq_1290259791/article/details/81193914
4. 有关什么情况下session会失效：https://blog.csdn.net/czh500/article/details/80211410
5. 聊一聊 cookie：https://segmentfault.com/a/1190000004556040
6. 关于cookie的安全性问题：https://segmentfault.com/q/1010000007347730?_ea=1318399
7. 这一次带你彻底了解Cookie：https://www.cnblogs.com/zhuanzhuanfe/p/8010854.html