Go 每日一库之 gorilla/securecookie

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darjun
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    简介

    cookie 是用于在 Web 客户端（一般是浏览器）和服务器之间传输少量数据的一种机制。由服务器生成，发送到客户端保存，客户端后续的每次请求都会将 cookie 带上。cookie 现在已经被多多少少地滥用了。很多公司使用 cookie 来收集用户信息、投放广告等。

    cookie 有两大缺点：

    • 每次请求都需要传输，故不能用来存放大量数据；
    • 安全性较低，通过浏览器工具，很容易看到由网站服务器设置的 cookie。

    gorilla/securecookie提供了一种安全的 cookie，通过在服务端给 cookie 加密，让其内容不可读，也不可伪造。当然，敏感信息还是强烈建议不要放在 cookie 中。

    快速使用

    本文代码使用 Go Modules。

    创建目录并初始化：

    $ mkdir gorilla/securecookie && cd gorilla/securecookie
$ go mod init github.com/darjun/go-daily-lib/gorilla/securecookie

    安装gorilla/securecookie库：

    $ go get github.com/gorilla/securecookie
    package main

import (
  "fmt"
  "github.com/gorilla/mux"
  "github.com/gorilla/securecookie"
  "log"
  "net/http"
)

type User struct {
  Name string
  Age int
}

var (
  hashKey = securecookie.GenerateRandomKey(16)
  blockKey = securecookie.GenerateRandomKey(16)
  s = securecookie.New(hashKey, blockKey)
)

func SetCookieHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  u := &User {
    Name: "dj",
    Age: 18,
  }
  if encoded, err := s.Encode("user", u); err == nil {
    cookie := &http.Cookie{
      Name: "user",
      Value: encoded,
      Path: "/",
      Secure: true,
      HttpOnly: true,
    }
    http.SetCookie(w, cookie)
  }
  fmt.Fprintln(w, "Hello World")
}

func ReadCookieHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  if cookie, err := r.Cookie("user"); err == nil {
    u := &User{}
    if err = s.Decode("user", cookie.Value, u); err == nil {
      fmt.Fprintf(w, "name:%s age:%d", u.Name, u.Age)
    }
  }
}

func main() {
  r := mux.NewRouter()
  r.HandleFunc("/set_cookie", SetCookieHandler)
  r.HandleFunc("/read_cookie", ReadCookieHandler)
  http.Handle("/", r)
  log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

    首先需要创建一个SecureCookie对象：

    var s = securecookie.New(hashKey, blockKey)

    其中hashKey是必填的，它用来验证 cookie 是否是伪造的，底层使用 HMAC（Hash-based message authentication code）算法。推荐hashKey使用 32/64 字节的 Key。

    blockKey是可选的，它用来加密 cookie，如不需要加密，可以传nil。如果设置了，它的长度必须与对应的加密算法的块大小（block size）一致。例如对于 AES 系列算法，AES-128/AES-192/AES-256 对应的块大小分别为 16/24/32 字节。

    为了方便也可以使用GenerateRandomKey()函数生成一个安全性足够强的随机 key。每次调用该函数都会返回不同的 key。上面代码就是通过这种方式创建 key 的。

    调用s.Encode("user", u)将对象u编码成字符串，内部实际上使用了标准库encoding/gob。所以gob支持的类型都可以编码。

    调用s.Decode("user", cookie.Value, u)将 cookie 值解码到对应的u对象中。

    运行：

    $ go run main.go

    首先使用浏览器访问localhost:8080/set_cookie，这时可以在 Chrome 开发者工具的 Application 页签中看到 cookie 内容：

    访问localhost:8080/read_cookie，页面显示name: dj age: 18。

    使用 JSON

    securecookie默认使用encoding/gob编码 cookie 值，我们也可以改用encoding/json。securecookie将编解码器封装成一个Serializer接口：

    type Serializer interface {
  Serialize(src interface{}) ([]byte, error)
  Deserialize(src []byte, dst interface{}) error
}

    securecookie提供了GobEncoder和JSONEncoder的实现：

    func (e GobEncoder) Serialize(src interface{}) ([]byte, error) {
  buf := new(bytes.Buffer)
  enc := gob.NewEncoder(buf)
  if err := enc.Encode(src); err != nil {
    return nil, cookieError{cause: err, typ: usageError}
  }
  return buf.Bytes(), nil
}

func (e GobEncoder) Deserialize(src []byte, dst interface{}) error {
  dec := gob.NewDecoder(bytes.NewBuffer(src))
  if err := dec.Decode(dst); err != nil {
    return cookieError{cause: err, typ: decodeError}
  }
  return nil
}

func (e JSONEncoder) Serialize(src interface{}) ([]byte, error) {
  buf := new(bytes.Buffer)
  enc := json.NewEncoder(buf)
  if err := enc.Encode(src); err != nil {
    return nil, cookieError{cause: err, typ: usageError}
  }
  return buf.Bytes(), nil
}

func (e JSONEncoder) Deserialize(src []byte, dst interface{}) error {
  dec := json.NewDecoder(bytes.NewReader(src))
  if err := dec.Decode(dst); err != nil {
    return cookieError{cause: err, typ: decodeError}
  }
  return nil
}

    我们可以调用securecookie.SetSerializer(JSONEncoder{})设置使用 JSON 编码：

    var (
  hashKey = securecookie.GenerateRandomKey(16)
  blockKey = securecookie.GenerateRandomKey(16)
  s = securecookie.New(hashKey, blockKey)
)

func init() {
  s.SetSerializer(securecookie.JSONEncoder{})
}

    自定义编解码

    我们可以定义一个类型实现Serializer接口，那么该类型的对象可以用作securecookie的编解码器。我们实现一个简单的 XML 编解码器：

    package main

type XMLEncoder struct{}

func (x XMLEncoder) Serialize(src interface{}) ([]byte, error) {
  buf := &bytes.Buffer{}
  encoder := xml.NewEncoder(buf)
  if err := encoder.Encode(buf); err != nil {
    return nil, err
  }
  return buf.Bytes(), nil
}

func (x XMLEncoder) Deserialize(src []byte, dst interface{}) error {
  dec := xml.NewDecoder(bytes.NewBuffer(src))
  if err := dec.Decode(dst); err != nil {
    return err
  }
  return nil
}

func init() {
  s.SetSerializer(XMLEncoder{})
}

    由于securecookie.cookieError未导出，XMLEncoder与GobEncoder/JSONEncoder返回的错误有些不一致，不过不影响使用。

    Hash/Block 函数

    securecookie默认使用sha256.New作为 Hash 函数（用于 HMAC 算法），使用aes.NewCipher作为 Block 函数（用于加解密）：

    // securecookie.go
func New(hashKey, blockKey []byte) *SecureCookie {
  s := &SecureCookie{
    hashKey:   hashKey,
    blockKey:  blockKey,
    // 这里设置 Hash 函数
    hashFunc:  sha256.New,
    maxAge:    86400 * 30,
    maxLength: 4096,
    sz:        GobEncoder{},
  }
  if hashKey == nil {
    s.err = errHashKeyNotSet
  }
  if blockKey != nil {
    // 这里设置 Block 函数
    s.BlockFunc(aes.NewCipher)
  }
  return s
}

    可以通过securecookie.HashFunc()修改 Hash 函数，传入一个func () hash.Hash类型：

    func (s *SecureCookie) HashFunc(f func() hash.Hash) *SecureCookie {
  s.hashFunc = f
  return s
}

    通过securecookie.BlockFunc()修改 Block 函数，传入一个f func([]byte) (cipher.Block, error)：

    func (s *SecureCookie) BlockFunc(f func([]byte) (cipher.Block, error)) *SecureCookie {
  if s.blockKey == nil {
    s.err = errBlockKeyNotSet
  } else if block, err := f(s.blockKey); err == nil {
    s.block = block
  } else {
    s.err = cookieError{cause: err, typ: usageError}
  }
  return s
}

    更换这两个函数更多的是处于安全性的考虑，例如选用更安全的sha512算法：

    s.HashFunc(sha512.New512_256)

    更换 Key

    为了防止 cookie 泄露造成安全风险，有个常用的安全策略：定期更换 Key。更换 Key，让之前获得的 cookie 失效。对应securecookie库，就是更换SecureCookie对象：

    var (
  prevCookie    unsafe.Pointer
  currentCookie unsafe.Pointer
)

func init() {
  prevCookie = unsafe.Pointer(securecookie.New(
    securecookie.GenerateRandomKey(64),
    securecookie.GenerateRandomKey(32),
  ))
  currentCookie = unsafe.Pointer(securecookie.New(
    securecookie.GenerateRandomKey(64),
    securecookie.GenerateRandomKey(32),
  ))
}

    程序启动时，我们先生成两个SecureCookie对象，然后每隔一段时间就生成一个新的对象替换旧的。

    由于每个请求都是在一个独立的 goroutine 中处理的（读），更换 key 也是在一个单独的 goroutine（写）。为了并发安全，我们必须增加同步措施。但是这种情况下使用锁又太重了，毕竟这里更新的频率很低。我这里将securecookie.SecureCookie对象存储为unsafe.Pointer类型，然后就可以使用atomic原子操作来同步读取和更新了：

    func rotateKey() {
  newcookie := securecookie.New(
    securecookie.GenerateRandomKey(64),
    securecookie.GenerateRandomKey(32),
  )

  atomic.StorePointer(&prevCookie, currentCookie)
  atomic.StorePointer(&currentCookie, unsafe.Pointer(newcookie))
}

    rotateKey()需要在一个新的 goroutine 中定期调用，我们在main函数中启动这个 goroutine

    func main() {
  ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
  defer cancel()
  go RotateKey(ctx)
}

func RotateKey(ctx context.Context) {
  ticker := time.NewTicker(30 * time.Second)
  defer ticker.Stop()

  for {
    select {
    case <-ctx.Done():
      break
    case <-ticker.C:
    }

    rotateKey()
  }
}

    这里为了方便测试，我设置每隔 30s 就轮换一次。同时为了防止 goroutine 泄漏，我们传入了一个可取消的Context。还需要注意time.NewTicker()创建的*time.Ticker对象不使用时需要手动调用Stop()关闭，否则会造成资源泄漏。

    使用两个SecureCookie对象之后，我们编解码可以调用EncodeMulti/DecodeMulti这组方法，它们可以接受多个SecureCookie对象：

    func SetCookieHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  u := &User{
    Name: "dj",
    Age:  18,
  }

  if encoded, err := securecookie.EncodeMulti(
    "user", u,
    // 看这里 🐒
    (*securecookie.SecureCookie)(atomic.LoadPointer(&currentCookie)),
  ); err == nil {
    cookie := &http.Cookie{
      Name:     "user",
      Value:    encoded,
      Path:     "/",
      Secure:   true,
      HttpOnly: true,
    }
    http.SetCookie(w, cookie)
  }
  fmt.Fprintln(w, "Hello World")
}

    使用unsafe.Pointer保存SecureCookie对象后，使用时需要类型转换。并且由于并发问题，需要使用atomic.LoadPointer()访问。

    解码时调用DecodeMulti依次传入currentCookie和prevCookie，让prevCookie不会立刻失效：

    func ReadCookieHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
  if cookie, err := r.Cookie("user"); err == nil {
    u := &User{}
    if err = securecookie.DecodeMulti(
      "user", cookie.Value, u,
      // 看这里 🐒
      (*securecookie.SecureCookie)(atomic.LoadPointer(&currentCookie)),
      (*securecookie.SecureCookie)(atomic.LoadPointer(&prevCookie)),
    ); err == nil {
      fmt.Fprintf(w, "name:%s age:%d", u.Name, u.Age)
    } else {
      fmt.Fprintf(w, "read cookie error:%v", err)
    }
  }
}

    运行程序：

    $ go run main.go

    先请求localhost:8080/set_cookie，然后请求localhost:8080/read_cookie读取 cookie。等待 1 分钟后，再次请求，发现之前的 cookie 失效了：

    read cookie error:securecookie: the value is not valid (and 1 other error)

    总结

    securecookie为 cookie 添加了一层保护罩，让 cookie 不能轻易地被读取和伪造。还是需要强调一下：

    敏感数据不要放在 cookie 中！敏感数据不要放在 cookie 中！敏感数据不要放在 cookie 中！敏感数据不要放在 cookie 中！

    重要的事情说 4 遍。在使用 cookie 存放数据时需要仔细权衡。

    大家如果发现好玩、好用的 Go 语言库，欢迎到 Go 每日一库 GitHub 上提交 issue😄

    参考

    1. gorilla/securecookie GitHub：github.com/gorilla/securecookie
    2. Go 每日一库 GitHub：https://github.com/darjun/go-daily-lib

    我

    我的博客：https://darjun.github.io

    欢迎关注我的微信公众号【GoUpUp】，共同学习，一起进步~

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