HTTP认证之摘要认证——Digest（一）
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一、概述
Digest认证是为了修复基本认证协议的严重缺陷而设计的，秉承“绝不通过明文在网络发送密码”的原则，通过“密码摘要”进行认证，大大提高了安全性。
相对于基本认证，主要有如下改进：
- 绝不通过明文在网络上发送密码
- 可以有效防止恶意用户进行重放攻击
- 可以有选择的防止对报文内容的篡改
需要注意的是，摘要认证除了能够保护密码之外，并不能保护其他内容，与HTTPS配合使用仍是一个良好的选择。以下是摘要认证的具体流程图：
看到上面出现了那么多之前没见过的参数，是不是有点慌（或是兴奋）？别着急，这里先给出一个概览：
WWW-Authentication：用来定义使用何种方式（Basic、Digest、Bearer等）去进行认证以获取受保护的资源realm：表示Web服务器中受保护文档的安全域（比如公司财务信息域和公司员工信息域），用来指示需要哪个域的用户名和密码qop：保护质量，包含auth（默认的）和auth-int（增加了报文完整性检测）两种策略，（可以为空，但是）不推荐为空值nonce：服务端向客户端发送质询时附带的一个随机数，这个数会经常发生变化。客户端计算密码摘要时将其附加上去，使得多次生成同一用户的密码摘要各不相同，用来防止重放攻击nc：nonce计数器，是一个16进制的数值，表示同一nonce下客户端发送出请求的数量。例如，在响应的第一个请求中，客户端将发送“nc=00000001”。这个指示值的目的是让服务器保持这个计数器的一个副本，以便检测重复的请求cnonce：客户端随机数，这是一个不透明的字符串值，由客户端提供，并且客户端和服务器都会使用，以避免用明文文本。这使得双方都可以查验对方的身份，并对消息的完整性提供一些保护response：这是由用户代理软件计算出的一个字符串，以证明用户知道口令Authorization-Info：用于返回一些与授权会话相关的附加信息nextnonce：下一个服务端随机数，使客户端可以预先发送正确的摘要rspauth：响应摘要，用于客户端对服务端进行认证stale：当密码摘要使用的随机数过期时，服务器可以返回一个附带有新随机数的401响应，并指定stale=true，表示服务器在告知客户端用新的随机数来重试，而不再要求用户重新输入用户名和密码了
二、剖析
1.当打开需要认证的页面时，会弹出一个对话框，要求用户输入用户名和密码
2.使用Fidder监听请求，可以看到在未进行认证或认证失败的情况下，服务端会返回401 Unauthorized给客户端，并附带Challenge
3.输入正确的用户名和密码后，浏览器会生成密码摘要以及其他信息发送给服务端，服务端认证成功后，返回一些与授权会话相关的附加信息，放在Authorization-Info中。
其中，客户端选择的保护质量策略为auth，response就是通过计算得到的密码摘要，具体计算方式如下（使用默认的MD5加密算法）：MD5(MD5(A1):<nonce>:<nc>:<cnonce>:<qop>:MD5(A2))
| 算法 | A1 |
|---|---|
| MD5（默认） | <username>:<realm>:<password> |
| MD5-sess | MD5(<username>:<realm>:<password>):<nonce>:<cnonce> |
| qop | A2 |
|---|---|
| auth（默认） | <request-method>:<uri> |
| auth-int | <request-method>:<uri>:MD5(<request-entity-body>) |
另外，rspauth使得客户端可以对服务器进行认证，称为响应摘要。响应摘要的计算与请求摘要类似，但由于响应中没有方法，而且报文实体数据有所不同，所有只有报文主题信息A2不同。具体区别如下：
| qop | A2 |
|---|---|
| auth（默认） | :<uri> |
| auth-int | :<uri>:MD5(<response-entity-body>) |
4.当服务端随机数过期时，再次请求认证，可以看到质询中增加了stale=true，用户无需再次输入用户名和密码，浏览器会自动使用新的质询参数进行密码摘要的计算。
三、注意事项
1.预授权：服务端预先告知客户端下一个随机数是多少，使得客户端可以直接生成正确的Authorization首部，避免了多次“请求/质询”。常用的有一下三种方式：
- 服务器预先在
Authorization-Info成功首部中发送下一个随机数nextnonce。虽然这种机制加快了事务处理的速度，但是它也破坏了对同一台服务器的多次请求进行管道化的功能，可能会造成很大的损失。 - 服务器允许在一小段时间内使用同一个随机数。这也就是我们上面剖析中使用的机制，在一定时间内使用同一个随机数或限制某个随机数的重用次数，当过期时，声明
stale=true。虽然这确实降低了安全性，但是重用的随机数的生存周期是可控的，应该在安全和性能之间找到平衡。 - 客户端和服务器使用同步的、可预测的随机数生成算法。
2.RFC 2617建议采用这个假想的随机数公式：BASE64(timestamp MD5(timestamp ":" ETag ":" private-key))
其中，timestamp是服务器产生随机数的时间或其他不重复的值，ETag是与所请求实体有关的HTTP ETag首部的值，private-key是只有服务器知道的私钥。
