必備技能！聊聊二維碼掃碼登錄的原理
作者 | ask_the_sky
前幾天看了一個(gè)二維碼的視頻，寫的不錯(cuò)，這里總結(jié)下。
在日常生活中，二維碼出現(xiàn)在很多場(chǎng)景，比如超市支付、系統(tǒng)登錄、應(yīng)用下載等等。了解二維碼的原理，可以為技術(shù)人員在技術(shù)選型時(shí)提供新的思路。對(duì)于非技術(shù)人員呢，除了解惑，還可以引導(dǎo)他更好地辨別生活中遇到的各種二維碼，防止上當(dāng)受騙。
二維碼，大家再熟悉不過了
購物掃個(gè)碼，吃飯掃個(gè)碼，坐公交也掃個(gè)碼
繼Elastic怒噴云服務(wù)商白嫖之后，AWS 終于退出ES的開源分支：OpenSearch！
在掃碼的過程中，大家可能會(huì)有疑問：這二維碼安全嗎？會(huì)不會(huì)泄漏我的個(gè)人信息？更深度的用戶還會(huì)考慮：我的系統(tǒng)是不是也可以搞一個(gè)二維碼來推廣呢？
這時(shí)候就需要了解一下二維碼背后的技術(shù)和邏輯了！
二維碼最常用的場(chǎng)景之一就是通過手機(jī)端應(yīng)用掃描 PC 或者 WEB 端的二維碼，來登錄同一個(gè)系統(tǒng)。比如手機(jī)微信掃碼登錄 PC 端微信，手機(jī)淘寶掃碼登錄 PC 端淘寶。那么就讓我們來看一下，二維碼登錄是怎么操作的！
二維碼登錄的本質(zhì)
二維碼登錄本質(zhì)上也是一種登錄認(rèn)證方式。既然是登錄認(rèn)證，要做的也就兩件事情！
告訴系統(tǒng)我是誰 向系統(tǒng)證明我是誰
比如賬號(hào)密碼登錄，賬號(hào)就是告訴系統(tǒng)我是誰， 密碼就是向系統(tǒng)證明我是誰; 比如手機(jī)驗(yàn)證碼登錄，手機(jī)號(hào)就是告訴系統(tǒng)我是誰，驗(yàn)證碼就是向系統(tǒng)證明我是誰;
那么掃碼登錄是怎么做到這兩件事情的呢？我們一起來考慮一下
手機(jī)端應(yīng)用掃 PC 端二維碼，手機(jī)端確認(rèn)后，賬號(hào)就在 PC 端登錄成功了！這里，PC 端登錄的賬號(hào)肯定與手機(jī)端是同一個(gè)賬號(hào)。不可能手機(jī)端登錄的是賬號(hào) A，而掃碼登錄以后，PC 端登錄的是賬號(hào) B。
所以，第一件事情，告訴系統(tǒng)我是誰，是比較清楚的！
通過掃描二維碼，把手機(jī)端的賬號(hào)信息傳遞到 PC 端，至于是怎么傳的，我們后面再說
第二件事情，向系統(tǒng)證明我是誰。掃碼登錄過程中，用戶并沒有去輸入密碼，也沒有輸入驗(yàn)證碼，或者其他什么碼。那是怎么證明的呢？
有些同學(xué)會(huì)想到，是不是掃碼過程中，把密碼傳到了 PC 端呢？但這是不可能的。因?yàn)槟菢犹话踩模蛻舳艘哺静粫?huì)去存儲(chǔ)密碼。我們仔細(xì)想一下，其實(shí)手機(jī)端 APP 它是已經(jīng)登錄過的，就是說手機(jī)端是已經(jīng)通過登錄認(rèn)證。所說只要掃碼確認(rèn)是這個(gè)手機(jī)且是這個(gè)賬號(hào)操作的，其實(shí)就能間接證明我誰。
認(rèn)識(shí)二維碼
那么如何做確認(rèn)呢？我們后面會(huì)詳細(xì)說明，在這之前我們需要先認(rèn)識(shí)一下二維碼！在認(rèn)識(shí)二維碼之前我們先看一下一維碼！
所謂一維碼，也就是條形碼，超市里的條形碼--這個(gè)相信大家都非常熟悉，條形碼實(shí)際上就是一串?dāng)?shù)字，它上面存儲(chǔ)了商品的序列號(hào)。
二維碼其實(shí)與條形碼類似，只不過它存儲(chǔ)的不一定是數(shù)字，還可以是任何的字符串，你可以認(rèn)為，它就是字符串的另外一種表現(xiàn)形式，
在搜索引擎中搜索二維碼，你可以找到很多在線生成二維碼的工具網(wǎng)站，這些網(wǎng)站可以提供字符串與二維碼之間相互轉(zhuǎn)換的功能，比如 草料二維碼網(wǎng)站[2]
HDFS技術(shù)原理（下）-總結(jié)太全面了！??！
在左邊的輸入框就可以輸入你的內(nèi)容，它可以是文本、網(wǎng)址，文件........。然后就可以生成代表它們的二維碼
你也可以把二維碼上傳，進(jìn)行”解碼“，然后就可以解析出二維碼代表的含義
系統(tǒng)認(rèn)證機(jī)制
認(rèn)識(shí)了二維碼，我們了解一下移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)下的系統(tǒng)認(rèn)證機(jī)制。
前面我們說過，為了安全，手機(jī)端它是不會(huì)存儲(chǔ)你的登錄密碼的。但是在日常使用過程中，我們應(yīng)該會(huì)注意到，只有在你的應(yīng)用下載下來后，第一次登錄的時(shí)候，才需要進(jìn)行一個(gè)賬號(hào)密碼的登錄， 那之后呢 即使這個(gè)應(yīng)用進(jìn)程被殺掉，或者手機(jī)重啟，都是不需要再次輸入賬號(hào)密碼的，它可以自動(dòng)登錄。
其實(shí)這背后就是一套基于 token 的認(rèn)證機(jī)制，我們來看一下這套機(jī)制是怎么運(yùn)行的，
賬號(hào)密碼登錄時(shí)，客戶端會(huì)將設(shè)備信息一起傳遞給服務(wù)端， 如果賬號(hào)密碼校驗(yàn)通過，服務(wù)端會(huì)把賬號(hào)與設(shè)備進(jìn)行一個(gè)綁定，存在一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含了賬號(hào) ID，設(shè)備 ID，設(shè)備類型等等
const token = {
acountid:'賬號(hào)ID',
deviceid:'登錄的設(shè)備ID',
deviceType:'設(shè)備類型，如 iso,android,pc......',
}
然后服務(wù)端會(huì)生成一個(gè) token，用它來映射數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個(gè) token 其實(shí)就是一串有著特殊意義的字符串，它的意義就在于，通過它可以找到對(duì)應(yīng)的賬號(hào)與設(shè)備信息，
客戶端得到這個(gè) token 后，需要進(jìn)行一個(gè)本地保存，每次訪問系統(tǒng) API 都攜帶上 token 與設(shè)備信息。 服務(wù)端就可以通過 token 找到與它綁定的賬號(hào)與設(shè)備信息，然后把綁定的設(shè)備信息與客戶端每次傳來的設(shè)備信息進(jìn)行比較， 如果相同，那么校驗(yàn)通過，返回 AP 接口響應(yīng)數(shù)據(jù)， 如果不同，那就是校驗(yàn)不通過拒絕訪問
從前面這個(gè)流程，我們可以看到，客戶端不會(huì)也沒必要保存你的密碼，相反，它是保存了 token?？赡苡行┩瑢W(xué)會(huì)想，這個(gè) token 這么重要，萬一被別人知道了怎么辦。實(shí)際上，知道了也沒有影響， 因?yàn)樵O(shè)備信息是唯一的，只要你的設(shè)備信息別人不知道， 別人拿其他設(shè)備來訪問，驗(yàn)證也是不通過的。
可以說，客戶端登錄的目的，就是獲得屬于自己的 token。
那么在掃碼登錄過程中，PC 端是怎么獲得屬于自己的 token 呢？不可能手機(jī)端直接把自己的 token 給 PC 端用！token 只能屬于某個(gè)客戶端私有，其他人或者是其他客戶端是用不了的。在分析這個(gè)問題之前，我們有必要先梳理一下，掃描二維碼登錄的一般步驟是什么樣的。這可以幫助我們梳理清楚整個(gè)過程，
掃描二維碼登錄的一般步驟
大概流程
掃碼前，手機(jī)端應(yīng)用是已登錄狀態(tài)，PC 端顯示一個(gè)二維碼，等待掃描 手機(jī)端打開應(yīng)用，掃描 PC 端的二維碼，掃描后，會(huì)提示"已掃描，請(qǐng)?jiān)谑謾C(jī)端點(diǎn)擊確認(rèn)" 用戶在手機(jī)端點(diǎn)擊確認(rèn)，確認(rèn)后 PC 端登錄就成功了
可以看到，二維碼在中間有三個(gè)狀態(tài)， 待掃描，已掃描待確認(rèn)，已確認(rèn)。那么可以想象
二維碼的背后它一定存在一個(gè)唯一性的 ID，當(dāng)二維碼生成時(shí)，這個(gè) ID 也一起生成，并且綁定了 PC 端的設(shè)備信息 手機(jī)去掃描這個(gè)二維碼 二維碼切換為 已掃描待確認(rèn)狀態(tài)， 此時(shí)就會(huì)將賬號(hào)信息與這個(gè) ID 綁定 當(dāng)手機(jī)端確認(rèn)登錄時(shí)，它就會(huì)生成 PC 端用于登錄的 token，并返回給 PC 端
好了，到這里，基本思路就已經(jīng)清晰了，接下來我們把整個(gè)過程再具體化一下
二維碼準(zhǔn)備
按二維碼不同狀態(tài)來看， 首先是等待掃描狀態(tài)，用戶打開 PC 端，切換到二維碼登錄界面時(shí)。
PC 端向服務(wù)端發(fā)起請(qǐng)求，告訴服務(wù)端，我要生成用戶登錄的二維碼，并且把 PC 端設(shè)備信息也傳遞給服務(wù)端 服務(wù)端收到請(qǐng)求后，它生成二維碼 ID，并將二維碼 ID 與 PC 端設(shè)備信息進(jìn)行綁定 然后把二維碼 ID 返回給 PC 端 PC 端收到二維碼 ID 后，生成二維碼(二維碼中肯定包含了 ID) 為了及時(shí)知道二維碼的狀態(tài)，客戶端在展現(xiàn)二維碼后，PC 端不斷的輪詢服務(wù)端，比如每隔一秒就輪詢一次，請(qǐng)求服務(wù)端告訴當(dāng)前二維碼的狀態(tài)及相關(guān)信息
二維碼已經(jīng)準(zhǔn)好了，接下來就是掃描狀態(tài)
掃描狀態(tài)切換
用戶用手機(jī)去掃描 PC 端的二維碼，通過二維碼內(nèi)容取到其中的二維碼 ID 再調(diào)用服務(wù)端 API 將移動(dòng)端的身份信息與二維碼 ID 一起發(fā)送給服務(wù)端 服務(wù)端接收到后，它可以將身份信息與二維碼 ID 進(jìn)行綁定，生成臨時(shí) token。然后返回給手機(jī)端 因?yàn)?PC 端一直在輪詢二維碼狀態(tài)，所以這時(shí)候二維碼狀態(tài)發(fā)生了改變，它就可以在界面上把二維碼狀態(tài)更新為已掃描
那么為什么需要返回給手機(jī)端一個(gè)臨時(shí) token 呢？臨時(shí) token 與 token 一樣，它也是一種身份憑證，不同的地方在于它只能用一次，用過就失效。
在第三步驟中返回臨時(shí) token，為的就是手機(jī)端在下一步操作時(shí)，可以用它作為憑證。以此確保掃碼，登錄兩步操作是同一部手機(jī)端發(fā)出的，
狀態(tài)確認(rèn)
最后就是狀態(tài)的確認(rèn)了。
手機(jī)端在接收到臨時(shí) token 后會(huì)彈出確認(rèn)登錄界面，用戶點(diǎn)擊確認(rèn)時(shí)，手機(jī)端攜帶臨時(shí) token 用來調(diào)用服務(wù)端的接口，告訴服務(wù)端，我已經(jīng)確認(rèn) 服務(wù)端收到確認(rèn)后，根據(jù)二維碼 ID 綁定的設(shè)備信息與賬號(hào)信息，生成用戶 PC 端登錄的 token 這時(shí)候 PC 端的輪詢接口，它就可以得知二維碼的狀態(tài)已經(jīng)變成了"已確認(rèn)"。并且從服務(wù)端可以獲取到用戶登錄的 token 到這里，登錄就成功了，后端 PC 端就可以用 token 去訪問服務(wù)端的資源了
掃碼動(dòng)作的基礎(chǔ)流程都講完了，有些細(xì)節(jié)還沒有深入介紹，
比如二維碼的內(nèi)容是什么？
可以是二維碼 ID 可以是包含二維碼 ID 的一個(gè) url 地址
在掃碼確認(rèn)這一步，用戶取消了怎么處理？這些細(xì)節(jié)都留給大家思考
總結(jié)
我們從登陸的本質(zhì)觸發(fā)，探索二維碼掃碼登錄是如何做到的
告訴系統(tǒng)我是誰 向系統(tǒng)證明我誰
在這個(gè)過程中，我們先簡(jiǎn)單講了兩個(gè)前提知識(shí)，
一個(gè)是二維碼原理， 一個(gè)是基于 token 的認(rèn)證機(jī)制。
然后我們以二維碼狀態(tài)為軸，分析了這背后的邏輯: 通過 token 認(rèn)證機(jī)制與二維碼狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)掃碼登錄.
需要指出的是，前面的講的登錄流程，它適用于同一個(gè)系統(tǒng)的 PC 端，WEB 端，移動(dòng)端。
平時(shí)我們還有另外一種場(chǎng)景也比較常見，那就是通過第三方應(yīng)用來掃碼登錄，比如極客時(shí)間/掘金 都可以選擇微信/QQ 等掃碼登錄，那么這種通過第三方應(yīng)用掃碼登錄又是什么原理呢？
感興趣的同學(xué)可以思考研究一下，歡迎在評(píng)論區(qū)留下你的見解。
參考資料
[1]極客時(shí)間一個(gè)二維碼的視頻: https://time.geekbang.org/dailylesson/detail/100044032?utm_source=u_nav_web&utm_medium=u_nav_web&utm_term=u_nav_web
[2]草料二維碼網(wǎng)站: https://cli.im/
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