使用 itsdangerous 签名校验

一般在开发网站时使用 session 或者 cookie 来处理用户登陆等等权限问题，而在移动应用中要验证用户身份采用登录时给用户生成一个 token（令牌）的方式。每次用户发出需要身份认证的请求时，就需要验证一次 token 是否有效，无效的情况包括 token 无法被解析等。在向不可信环境发送数据时，确保数据经过签名，使用只有自己知道的密钥来签名数据，加密后发送，在取回数据时，确保没有人篡改过。

Python 有个 itsdangerous 包含了很多安全校验 token 验证相关的方案。 itsdangerous 就是这样一个签名校验的工具，内部使用 HMAC 和 SHA1 来签名。基于 Django 签名模块，支持 JSON Web 签名 (JWS), 这个库采用 BSD 协议。

给定字符串签名

发送方和接收方拥有相同的密钥 secret-key ，发送方使用密钥对发送内容进行签名，接收方使用相同的密钥对接收到的内容进行验证，看是否是发送方发送的内容。

>>> from itsdangerous import Signer
>>> s = Signer('secret-key')
>>> s.sign('my string')
'my string.wh6tMHxLgJqB6oY1uT73iMlyrOA'

签名过的字符串使用 . 分割。验证使用 unsign

>>> s.unsign('my string.wh6tMHxLgJqB6oY1uT73iMlyrOA')

带时间戳的签名

签名有一定的时效性，发送方发送时，带上时间信息，接收方判断多长时间内是否失效

>>> from itsdangerous import TimestampSigner
>>> s = TimestampSigner('secret-key')
>>> string = s.sign('foo')
foo.DlGDsw.dpJ37ffyfNAVufH21lH_yoelnKA
>>> s.unsign(string, max_age=5)

如果验证时间不对会抛出异常

序列化

>>> from itsdangerous import Serializer
>>> s = Serializer('secret-key')
>>> s.dumps([1, 2, 3, 4])
>>> s.loads('[1, 2, 3, 4].r7R9RhGgDPvvWl3iNzLuIIfELmo')

带时间戳的序列化

>>> from itsdangerous import TimedSerializer
>>> s=TimedSerializer('secret-key')
>>> s.dumps([1,2,3,4])
>>> s.loads('[1, 2, 3, 4].DlGEjg.1yG-U7iBk92FBYAZLezoBv2mfJs')

URL 安全序列化

如果加密过的字符串需要在 URL 中传输，可以使用这种方式。常见的就是在邮件验证 token 中。

>>> from itsdangerous import URLSafeSerializer
>>> s = URLSafeSerializer('secret-key')
>>> s.dumps([1, 2, 3, 4])
'WzEsMiwzLDRd.wSPHqC0gR7VUqivlSukJ0IeTDgo'
>>> s.loads('WzEsMiwzLDRd.wSPHqC0gR7VUqivlSukJ0IeTDgo')
[1, 2, 3, 4]

JSON Web Signatures

>>> from itsdangerous import JSONWebSignatureSerializer
>>> s = JSONWebSignatureSerializer('secret-key')
>>> s.dumps({'x': 42})
'eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ4Ijo0Mn0.ZdTn1YyGz9Yx5B5wNpWRL221G1WpVE5fPCPKNuc6UAo'

带时间戳的 JSON Web 签名

from itsdangerous import TimedJSONWebSignatureSerializer as Serializer
s = Serializer('secret-key', expires_in=60)
s.dumps({'id': user.id}) # user 为 model 中封装过的对象

在 Flask 中应用

from itsdangerous import TimedJSONWebSignatureSerializer as Serializer
from itsdangerous import SignatureExpired, BadSignature
from config import config

def gen_token(user, expiration=1440*31*60):  # 单位为秒，设定 31 天过期
    s = Serializer(config.SECRET_KEY, expires_in=expiration)
    return s.dumps({'id': user.id})  # user 为 model 中封装过的对象

装饰器

from functools import wraps
def token_required(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        token = request.form['token']
        s = Serializer(config.SECRET_KEY)
        try:
            data = s.loads(token)
        except SignatureExpired:
            return jsonify({'status': 'fail', 'data': {'msg': 'expired token'}})
        except BadSignature:
            return jsonify({'status': 'fail', 'data': {'msg': 'useless token'}})
        kwargs['user_id'] = data['id']
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

盐值

不同的盐值，生成的签名或者序列化的数值不一样，这里的盐（SALT）不同于加密算法中的盐值，这里的盐值是用来避免彩虹表破解。

Hash

哈希（Hash）算法就是单向散列算法，它把某个较大的集合 P 映射到另一个较小的集合 Q 中，假如这个算法叫 H，那么就有 Q = H（P）。对于 P 中任何一个值 p 都有唯一确定的 q 与之对应，但是一个 q 可以对应多个 p。作为一个有用的 Hash 算法，H 还应该满足：H(p) 速度比较快；给出一个 q，很难算出一个 p 满足 q = H(p)；给出一个 p1，很难算出一个不等于 p1 的 p2 使得 H(p1)=H(p2)。正因为有这样的特性，Hash 算法经常被用来保存密码————这样不会泄露密码明文，又可以校验输入的密码是否正确。常用的 Hash 算法有 MD5、SHA1 等。

破解 Hash 的任务就是，对于给出的一个 q，反算出一个 p 来满足 q = H(p)。通常我们能想到的两种办法，一种就是暴力破解法，把 P 中的每一个 p 都算一下 H(p)，直到结果等于 q；另一种办法是查表法，搞一个很大的数据库，把每个 p 和对应的 q 都记录下来，按 q 做一下索引，到时候查一下就知道了。这两种办法理论上都是可以的，但是前一种可能需要海量的时间，后一种需要海量的存储空间，以至于以目前的人类资源无法实现。

扩展

[[2021-06-29-jwt-authentication]] 是一次性认证完毕加载信息到 token 里的，token 的信息内含过期信息。过期时间过长则被重放攻击的风险太大，而过期时间太短则请求端体验太差（动不动就要重新登录）

第三方认证协议 Oauth2.0 RFC6749 ，它采取了另一种方法：refresh_token，一个用于更新令牌的令牌。在用户首次认证后，签发两个 token：一个为 access_token，用于用户后续的各个请求中携带的认证信息；另一个是 refresh_token，为 access_token 过期后，用于申请一个新的 access_token。

由此可以给两类不同 token 设置不同的有效期，例如给 access_token 仅 1 小时的有效时间，而 refresh_token 则可以是一个月。api 的登出通过 access token 的过期来实现（前端则可直接抛弃此 token 实现登出），在 refresh token 的存续期内，访问 api 时可执 refresh token 申请新的 access token（前端可存此 refresh token，access token 过其实进行更新，达到自动延期的效果）。refresh token 不可再延期，过期需重新使用用户名密码登录。

这种方式的理念在于，将证书分为三种级别：

access token 短期证书，用于最终鉴权
refresh token 较长期的证书，用于产生短期证书，不可直接用于服务请求
用户名密码几乎永久的证书，用于产生长期证书和短期证书，不可直接用于服务请求

reference

https://pythonhosted.org/itsdangerous/