关于bottle WEB框架中签名cookie的一点理解

首先要理解一个概念

MAC (message authenticate code)

消息认证码（带密钥的Hash函数）：密码学中，通信实体双方使用的一种验证机制，保证消息数据完整性的一种工具。

构造方法由M.Bellare提出，安全性依赖于Hash函数，故也称带密钥的Hash函数。消息认证码是基于密钥和消息摘要所获得的一个值，

可用于数据源发认证和完整性校验。

消息认证码（带密钥的Hash函数）:密码学中，通信实体双方使用的一种验证机制，保证消息数据完整性的一种工具。

 

构造方法由M.Bellare提出，安全性依赖于Hash函数，故也称带密钥的Hash函数。消息认证码是基于密钥和消息摘要所获得的一个值，可用于数据源发认证和完整性校验。

在发送数据之前，发送方首先使用通信双方协商好的散列函数计算其摘要值。在双方共享的会话密钥作用下，由摘要值获得消息验证码。之后，它和数据一起被发送。接收方收到报文后，首先利用会话密钥还原摘要值，同时利用散列函数在本地计算所收到数据的摘要值，并将这两个数据进行比对。若两者相等，则报文通过认证。

 签名cookie就是基于这种原理。

一般发送的数据都会做base64编码，关于base64编码可以看这个链接

 blog.xiayf.cn/2016/01/24/base64-encoding/

总的来说：base64并不是用来加密的，base64是一种数据编码方式，目的让数据符合传输协议的要求，将二进制的数据转化为一种文本数据

在Python中提供了两个模块，去实现。以下是base64的基本用法

>>> import base64
>>> s='b'asdafsdafa'
SyntaxError: invalid syntax
>>> s=b'asdasdas'
>>> s_64 = base64.bencode(s)

    s_64 = base64.bencode(s)
AttributeError: module 'base64' has no attribute 'bencode'
>>> s_64 = base64.b64encode(s)
>>> s_64
b'YXNkYXNkYXM='
>>> base64.b64decode(s_64)
b'asdasdas'
>>> 

对于mac,Python有个模块hmac基本用法如下

>>> import hmac
>>> hmac.new(b'slat')
<hmac.HMAC object at 0x0000000004110B70>
>>> hmac = hmac.new(b'slat')
>>> hmac.update(b'asdas')
>>> hmac.digest()
b'xe8\xb6x11x9dj
Yx06Ix1f[x06xebxebxf3'
>>> 

 文档说明

class HMAC(builtins.object)
 |  RFC 2104 HMAC class.  Also complies with RFC 4231.
 |  
 |  This supports the API for Cryptographic Hash Functions (PEP 247).
 |  
 |  Methods defined here:
 |  
 |  __init__(self, key, msg=None, digestmod=None)
 |      Create a new HMAC object.
 |      
 |      key:       key for the keyed hash object.
 |      msg:       Initial input for the hash, if provided.
 |      digestmod: A module supporting PEP 247.  *OR*
 |                 A hashlib constructor returning a new hash object. *OR*
 |                 A hash name suitable for hashlib.new().
 |                 Defaults to hashlib.md5.
 |                 Implicit default to hashlib.md5 is deprecated and will be
 |                 removed in Python 3.6.
 |      
 |      Note: key and msg must be a bytes or bytearray objects.
 |  
 |  copy(self)
 |      Return a separate copy of this hashing object.
 |      
 |      An update to this copy won't affect the original object.
 |  
 |  digest(self)
 |      Return the hash value of this hashing object.
 |      
 |      This returns a string containing 8-bit data.  The object is
 |      not altered in any way by this function; you can continue
 |      updating the object after calling this function.
 |  
 |  hexdigest(self)
 |      Like digest(), but returns a string of hexadecimal digits instead.
 |  
 |  update(self, msg)
 |      Update this hashing object with the string msg.

立即了基础，来看bottle框架设置签名cookie和获取签名cookie的值的源码.

设置签名cookie

first_bottle.py
response.set_cookie('account',username,secret='salt')

    def set_cookie(self, name, value, secret=None, **options):
 
        if not self._cookies:
            self._cookies = SimpleCookie()

        if secret:
            value = touni(cookie_encode((name, value), secret))
        elif not isinstance(value, basestring):
            raise TypeError('Secret key missing for non-string Cookie.')

        if len(value) > 4096: raise ValueError('Cookie value to long.')
        self._cookies[name] = value

        for key, value in options.items():
            if key == 'max_age':
                if isinstance(value, timedelta):
                    value = value.seconds + value.days * 24 * 3600
            if key == 'expires':
                if isinstance(value, (datedate, datetime)):
                    value = value.timetuple()
                elif isinstance(value, (int, float)):
                    value = time.gmtime(value)
                value = time.strftime("%a, %d %b %Y %H:%M:%S GMT", value)
            self._cookies[name][key.replace('_', '-')] = value

 self._cookie默认是None,SimpleCookie继承BaseCookie，BaseCookie继承一个字典，所以暂且认为self.cookie是一个字典，

if secret  是判断，如果设置了密钥，就执行这一步，

def tob(s, enc='utf8'):
    return s.encode(enc) if isinstance(s, unicode) else bytes(s)
def touni(s, enc='utf8', err='strict'):
    return s.decode(enc, err) if isinstance(s, bytes) else unicode(s)
tonat = touni if py3k else tob

touni 函数是返回str类型的字符串，这里unicode=str,unicode(s) 相当于str(s)

def cookie_encode(data, key):
    ''' Encode and sign a pickle-able object. Return a (byte) string '''
    msg = base64.b64encode(pickle.dumps(data, -1))
    sig = base64.b64encode(hmac.new(tob(key), msg).digest())
    return tob('!') + sig + tob('?') + msg

pickle.dumps将数据序列化，返回的是bytes类型的字符串，然后编码为base64    sig 是先用hmac加密，

最后将msg(消息) 和sig（签名）拼接，这样一个签名cookie就设置好了，注意这里的msg是一个（name,value）包含cookie的key和value

这样一个签名cookie就设置好了

理解了签名cookie的设置，再看获得签名cookie的值就比较简单了。。

大致原理是拿到cookie的值，通过？分割出message 和sig  ,再拿message和secret 进行hmac 拿到新的sig,这个新的sig与分割出来的sig比较，如果一致，表示没有被篡改，这样吧message 用base64decode

然后pickle.loads 就拿到原来的数组了。数组的[1]就是那个value,

def cookie_decode(data, key):
    ''' Verify and decode an encoded string. Return an object or None.'''
    data = tob(data)
    if cookie_is_encoded(data):
        sig, msg = data.split(tob('?'), 1)if _lscmp(sig[1:], base64.b64encode(hmac.new(tob(key), msg).digest())):
            return pickle.loads(base64.b64decode(msg))

因为之前setcookie时在自古穿前面加了一个感叹 号!  ，所以切片sig[1:]     

def _lscmp(a, b):
    ''' Compares two strings in a cryptographically safe way:
        Runtime is not affected by length of common prefix. '''
    return not sum(0 if x==y else 1 for x, y in zip(a, b)) and len(a) == len(b)

上面这个函数是逐个字符比较，如果比较的字符都相等那么就返回0,否则返回1，这样如果是两个字符串完全匹配，就都是0,调用sum() 相加肯定返回0 ，否则肯定不是1，但是必须在长度相等的条件下才可以

测试代码
>>> a='asdas'
>>> unicode(a)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#1>", line 1, in <module>
    unicode(a)
NameError: name 'unicode' is not defined
>>> b='asd'
>>> (0 if x==y else 1 for x,y in zip(a,b))
<generator object <genexpr> at 0x0000000003170200>
>>> sum((0 if x==y else 1 for x,y in zip(a,b)))
0
>>> s=zip(a,b)
>>> s
<zip object at 0x0000000003147948>
>>> for i in s:
    print(i)

    
('a', 'a')
('s', 's')
('d', 'd')

为什么比较字符串相等不直接用 a==b?

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