Cookie深度解析

最近在公司做了Web端单点登录(SSO)功能，基于Cookie实现，做完之后感觉有必要总结一下，本文着重讲解Cookie，下文会说明单点登录的实现方案。

Cookie简介

       众所周知，Web协议（也就是HTTP）是一个无状态的协议。一个Web应用由很多个Web页面组成，每个页面都有唯一的URL来定义。用户在浏览器的地址栏输入页面的URL，浏览器就会向Web Server去发送请求。如下图，浏览器向Web服务器发送了两个请求，申请了两个页面。这两个页面的请求是分别使用了两个单独的HTTP连接。所谓无状态的协议也就是表现在这里，浏览器和Web服务器会在第一个请求完成以后关闭连接通道，在第二个请求的时候重新建立连接。Web服务器并不区分哪个请求来自哪个客户端，对所有的请求都一视同仁，都是单独的连接。这样的方式大大区别于传统的（Client/Server）C/S结构,在那样的应用中，客户端和服务器端会建立一个长时间的专用的连接通道。正是因为有了无状态的特性，每个连接资源能够很快被其他客户端所重用，一台Web服务器才能够同时服务于成千上万的客户端。
       但是我们通常的应用是有状态的。先不用提不同应用之间的SSO，在同一个应用中也需要保存用户的登录身份信息。例如用户在访问页面1的时候进行了登录，但是刚才也提到，客户端的每个请求都是单独的连接，当客户再次访问页面2的时候，如何才能告诉Web服务器，客户刚才已经登录过了呢？浏览器和服务器之间有约定：通过使用cookie技术来维护应用的状态。Cookie是可以被Web服务器设置的字符串，并且可以保存在浏览器中。如下图所示，当浏览器访问了页面1时，web服务器设置了一个cookie，并将这个cookie和页面1一起返回给浏览器，浏览器接到cookie之后，就会保存起来，在它访问页面2的时候会把这个cookie也带上，Web服务器接到请求时也能读出cookie的值，根据cookie值的内容就可以判断和恢复一些用户的信息状态。

Cookie组成

       cookie是由名称、内容、作用路径、作用域、协议、生存周期组成，另外还有个HttpOnly属性，HttpOnly属性很重要，如果您在cookie中设置了HttpOnly属性，那么通过js脚本(document.cookie)将无法读取到cookie信息，这样能一定程度上的防止XSS攻击，关于XSS可以看我之前的文章--XSS攻击及防御。Tomcat服务器设置的JSESSIONID就是HttpOnly的。
       JavaEE中对cookie做了封装，对应的是下面这个类：

java.lang.Object
  |
  +--javax.servlet.http.Cookie

       该类可以设置cookie的名称、内容、作用路径、作用域、协议、生存周期，but不能设置HttpOnly属性，不知道这么做是出于什么考虑，如果非要设置HttpOnly的cookie，我们可以通过响应头来处理：

response.setHeader("Set-Cookie", "cookiename=value;Path=/;Domain=domainvalue;Max-Age=seconds;HttpOnly");

Cookie作用域
       测试Cookie的作用域需要弄几个域名，修改C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts文件，将本机ip映射出四个域名，如下：

127.0.0.1 web1.ghsau.com
127.0.0.1 web2.ghsau.com

127.0.0.1 web1.com
127.0.0.1 web2.com

       前两个是2级域名(ghsau.com)相同，3级域名(web1、web2)不同，后两个是2级域名不同。然后我们再写两个jsp，一个用于设置Cookie，另一个用于显示Cookie。
       SetCookie.jsp：

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=utf-8" pageEncoding="utf-8"%>
<%
    Cookie cookie = new Cookie("test_key", "test_value");
    cookie.setPath("/");
//  cookie.setDomain(".ghsau.com");
    response.addCookie(cookie);
%>

      ShowCookie.jsp：

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=utf-8" pageEncoding="utf-8"%>
<%
    // 输出cookies，过滤掉JSESSIONID
    Cookie[] cookies = request.getCookies();
    if(cookies != null)
        for(Cookie cookie : cookies) {
            if(cookie.getName().equals("JSESSIONID"))    continue;
            out.println(cookie.getName() + "-" + cookie.getValue());
        }
%>

       将这两个jsp放到应用后，部署到服务器中，启动服务器，我们就可以通过域名来访问了。
       测试一，首先访问http://web1.ghsau.com:8080/WebSSOAuth/SetCookie.jsp，设置cookie后，再访问http://web1.ghsau.com:8080/WebSSOAuth/ShowCookie.jsp，页面输出test_key=test_value，这时我们访问http://web2.ghsau.com:8080/WebSSOAuth/ShowCookie.jsp，发现页面什么都没有输出，这时我们得出结论，cookie默认情况下作用域为当前域名。
       测试二，将SetCookie.jsp第五行注释打开，按照上面的顺序依次访问，我们发现http://web2.ghsau.com:8080/WebSSOAuth/ShowCookie.jsp中输出了http://web1.ghsau.com:8080/WebSSOAuth/SetCookie.jsp中设置的cookie，这时我们得出结论，cookie作用域为父级域名时，所有子级域名都可以得到该cookie，这也是实现跨子域SSO的关键。这时有些朋友可能会想到那我把cookie作用域设置到顶级域名(.com、.net)上，是不是用该顶级域名的网站就都能获取该cookie了？这样设置的cookie，浏览器是不存储的，无效的cookie。

       测试三，修改SetCookie.jsp第五行代码为cookie.setDomain(".web2.com")，首先访问http://web1.com:8080/WebSSOAuth/SetCookie.jsp，设置cookie后，这时我们访问http://web2.com:8080/WebSSOAuth/ShowCookie.jsp，发现页面什么都没有输出，这时我们得出结论，cookie不能跨二级域名设置。

Cookie安全性

       cookie中的数据通常会包含用户的隐私数据，首先要保证数据的保密性，其次要保证数据不能被伪造或者篡改，基于这两点，我们通常需要对cookie内容进行加密，加密方式一般使用对称加密(单密钥，如DES)或非对称加密(一对密钥，如RSA)，密钥需要保存在服务器端一个安全的地方，这样，别人不知道密钥时，无法对数据进行解密，也无法伪造或篡改数据。另外，像上文提到的，重要的cookie数据需要设置成HttpOnly的，避免跨站脚本获取你的cookie，保证了cookie在浏览器端的安全性。还有我们可以设置cookie只作用于安全的协议(https)，JavaEE中可以通过Cookie类的setSecure(boolean flag)来设置，设置后，该cookie只会在https下发送，而不会再http下发送，保证了cookie在服务器端的安全性，服务器https的设置可以参照该文章。