深挖前端 JavaScript 知识点 —— 史上最全面、最详细的 Cookie 总结

原创
09/27 20:32
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1. Cookie 产生的背景

所有新技术的出现都是为了解决某一痛点。 ——《前端三昧》

我们都知道,HTTP 协议是==无状态的==,服务器无法知道两个请求是否来自同一个浏览器,也不知道用户上一次做了什么,每次请求都是完全相互独立,这严重阻碍了交互式 Web 应用程序的实现。例子:

  • 购物车:在典型的网上购物场景中,用户浏览了几个页面,买了一盒饼干和两瓶饮料。最后结帐时,由于 HTTP 的无状态性,不通过额外的手段,服务器并不知道用户到底买了什么。
  • 登录状态:我们常用的“记住密码”功能,在以前如果不是用 Cookie 记住了登录凭据,想要实现该功能将会很复杂。

正是为了解决这些交互方面存在的痛点,Cookie 应运而生。

2. Cookie 概述

Cookie( 也叫 Web Cookie浏览器 Cookie )是服务器发送到用户浏览器并保存在本地的一小块数据,它会在浏览器下次向同一服务器再发起请求时被携带并发送到服务器上。

存储 Cookie 是浏览器提供的功能。Cookie 其实是存储在浏览器中的纯文本,浏览器的安装目录下会专门有一个 Cookie 文件夹来存放各个域下设置的 Cookie(非内存 Cookie)。

Cookie存放的位置

通常,它用于==告知服务端两个请求是否来自同一浏览器==,或者用来==保存一些状态信息==,Cookie 使基于无状态的 HTTP 协议记录稳定的状态信息成为了可能。常用的有以下方面:

  • 对话(session)管理:保存登录、购物车等需要记录的信息。
  • 简单的缓存:存储一些简单的业务数据,比如购物车等需要记录的信息。
  • 个性化:保存用户的偏好,比如网页的字体大小、背景色等等。
  • 追踪:记录和分析用户行为。

Cookie 主要是用来存储状态的。

Cookie 曾一度用于客户端数据的存储,因当时并没有其它合适的存储办法而作为唯一的存储手段。现在来说,这样做虽然可行,但是并不推荐,因为 Cookie 的设计目标并不是这个,它:

  • 容量很小( 4KB )
  • 缺乏数据操作接口
  • 影响性能

客户端储存应该更多的考虑使用 localStoragesesseionStorageIndexedDB

查看浏览器上存储的 Cookie 的方法如下图:

查看Cookie的步骤和方法

当然,浏览器可以设置不接受 Cookie,也可以设置不向服务器发送 Cookiewindow.navigator.cookieEnabled属性返回一个布尔值,表示浏览器是否打开 Cookie 功能。

// 浏览器是否打开 Cookie 功能
window.navigator.cookieEnabled // true

本文所有的讨论都是在浏览器的 window.navigator.cookieEnabled 为 ==true== 的前提下进行的。

3. Cookie 的工作流程

Cookie的工作原理

4. Cookie 的限制

4.1 格式限制

Cookie 只能存储纯文本格式,因为:

  • 每条 Cookie 的大小有限制
  • 为用户信息安全考虑,Cookie 中存储的是不可执行语句

4.2 大小和条数限制

由于 Cookie 是保存在客户端上的,所以浏览器加入了一些限制确保 Cookie 不会被恶意使用,同时不会占据太多磁盘空间,所以 Cookie 的数量和大小是有限的。

不同浏览器对 Cookie 数量和大小的限制,是不一样的。一般来说,单个域设置的 Cookie 不应超过 ==50个==,每个 Cookie 的大小不能超过 ==4KB== 。超过限制以后,Cookie 将被==忽略==,不会被设置。

其限制的原因,主要在于阻止 Cookie 的滥用,而且 Cookie 会被发送到服务器端,如果数量太大的话,会严重影响请求的性能。以上这两个限制条件,就是 Cookie 为什么会被浏览器自动删除的原因了。

4.3 域限制

不可跨域读取,Cookie 是被哪个域写入的,就只能被这个域及其子域读取。比如:

test.com 写入的 Cookie 可以被 test.comtest.com/child 读取,而不能被 example.com 读取。

4.4 路径限制

存储 Cookie 时会指定路径,该路径的子级可以读取该 Cookie,但是它的父级却读取不到——==子可以读取父,但父不能拿到子==,例如:

test.com/parent/child 存储下的 Cookie,可以被 test.com/parent/child/child 读取,但不能被 test.com/parent 读取。

一般会将 Cookie 存在根路径下,可以避免这种情况的发生。

4.5 时效限制

每个 Cookie 都有时效性,默认的有效期是==会话级别==( Seesion Cookie ):就是当浏览器关闭,那么 Cookie 立即销毁,但是我们也可以在存储的时候手动设置 Cookie 的过期时间,具体设置方法会在下文讲到。

5. Cookie 的属性

Cookie的属性

5.1 Name/Value

设置 Cookie 的名称及相对应的值,对于认证 CookieValue 值包括 Web 服务器所提供的访问令牌 。

5.2 Domain

指定了可以访问该 Cookie 的 Web 站点或域。

Cookie 机制并未遵循严格的同源策略,允许一个子域可以设置或获取其父域的 Cookie

当需要实现单点登录方案时,Cookie 的上述特性非常有用,然而也增加了 Cookie 受攻击的危险,比如攻击者可以借此发动会话定置攻击。因而,浏览器禁止在 Domain 属性中设置 .org、.com 等通用顶级域名、以及在国家及地区顶级域下注册的二级域名,以减小攻击发生的范围。

5.3 Path

Path 标识指定了主机下的哪些路径可以接受 Cookie(该 URL 路径必须存在于请求 URL 中)。以字符 %x2F ("/") 作为路径分隔符,子路径也会被匹配。

5.4 Expires/Max-Age

设置 Cookie 的生存期。有两种存储类型的 Cookie :会话性与持久性。

Expires 属性指定一个具体的到期时间,到了这个指定的时间之后,浏览器就不再保留这个 Cookie ,它的值是 UTC 格式,可以使用 Date.prototype.toUTCString() 格式进行转换。

Max-Age 属性制定了从现在开始 Cookie 存在的秒数,比如 60 * 60 * 24 * 365(即一年)。过了这个时间以后,浏览器就不再保留这个 Cookie

如果没有设置这两个选项,则会使用默认值。 domain 的默认值为设置该 Cookie 的网页所在的域名, path 默认值为设置该 Cookie 的网页所在的目录。

  • Expires 属性缺省时,为会话性 Cookie(Session Cookie) ,仅保存在客户端内存中,并在用户关闭浏览器时失效。
  • 持久性 Cookie 会保存在用户的硬盘中,直至生存期到或用户直接在网页中单击“注销”等按钮结束会话时才会失效。

Cookie 的过期时间被设定时,设定的日期和时间只与客户端相关,而不是服务端。

5.5 HTTPOnly

这个选项用来设置 Cookie 是否能通过 JavaScript 去访问。默认情况下, Cookie 不会带 HTTPOnly 选项(即为空),所以默认情况下,客户端是可以通过 JavaScript 代码去访问(包括读取、修改、删除等)这个 Cookie 的。当 CookieHTTPOnly 选项时,客户端则无法通过js代码去访问(包括读取、修改、删除等)这个 Cookie

用于防止客户端脚本通过 document.cookie 属性访问 Cookie ,有助于保护 Cookie 不被跨站脚本攻击窃取或篡改。但是,HTTPOnly 的应用仍存在局限性,一些浏览器可以阻止客户端脚本对 Cookie 的读操作,但允许写操作;此外大多数浏览器仍允许通过 XMLHTTP 对象读取 HTTP 响应中的 Set-Cookie 头 。

在客户端是不能通过 JAvaScript 代码去设置一个 httpOnly 类型的 Cookie 的,这种类型的 Cookie 只能通过服务端来设置。

5.6 Secure

指定是否使用 HTTPS 安全协议发送 Cookie

使用 HTTPS 安全协议,可以保护 Cookie 在浏览器和 Web 服务器间的传输过程中不被窃取和篡改。该方法也可用于 Web 站点的身份鉴别,即在 HTTPS 的连接建立阶段,浏览器会检查 Web 网站的 SSL 证书的有效性。

但是基于兼容性的原因(比如有些网站使用自签署的证书)在检测到 SSL 证书无效时,浏览器并不会立即终止用户的连接请求,而是显示安全风险信息,用户仍可以选择继续访问该站点。由于许多用户缺乏安全意识,因而仍可能连接到 Pharming 攻击所伪造的网站 。

如果当前协议是 HTTP,浏览器会自动忽略服务器发来的 Secure。

5.7 SameSite

Cookie 允许服务器要求某个 Cookie 在跨站请求时不会被发送,(其中 Site 由可注册域定义),从而可以阻止跨站请求伪造攻击(CSRF)。

SameSite cookies 是相对较新的一个字段,所有主流浏览器都已经得到支持。下面是例子:

Set-Cookie: key=value; SameSite=Strict

SameSite 可以有下面三种值:

  • None 浏览器会在同站请求、跨站请求下继续发送 Cookies,不区分大小写。
  • Strict 浏览器将只在访问相同站点时发送 Cookie。(在原有 Cookies 的限制条件上的加强)。
  • LaxStrict 类似,但用户从外部站点导航至URL时(例如通过链接)除外。 在新版本浏览器中,为默认选项,Same-site cookies 将会为一些跨站子请求保留,如图片加载或者 frames 的调用,但只有当用户从外部站点导航到 URL 时才会发送。如 link 链接。

以前,如果 SameSite 属性没有设置,或者没有得到运行浏览器的支持,那么它的行为等同于 NoneCookies 会被包含在任何请求中——包括跨站请求。

大多数主流浏览器正在将 SameSite 的默认值迁移至 Lax。如果想要指定 Cookies 在同站、跨站请求都被发送,现在需要明确指定 SameSiteNone

5.8 Cookie prefixes

Cookie 机制的使得服务器无法确认 Cookie 是在安全来源上设置的,甚至无法确定 Cookie 最初是在哪里设置的。

子域上的易受攻击的应用程序可以使用 Domain 属性设置 Cookie ,从而可以访问所有其他子域上的该 Cookie 。会话定置攻击中可能会滥用此机制。

但是,作为 深度防御措施,可以使用 Cookie 前缀来断言有关 Cookie 的特定事实。有两个前缀可用:

  • __Host-

    如果 Cookie 名称具有此前缀,则仅当它也用 Secure 属性标记,是从安全来源发送的,不包括 Domain 属性,并将 Path 属性设置为 / 时,它才在 Set-Cookie 标头中接受。这样,这些 Cookie 可以被视为 "domain-locked”。

  • __Secure-

    如果 Cookie 名称具有此前缀,则仅当它也用 Secure 属性标记,是从安全来源发送的,它才在 Set-Cookie 标头中接受。该前缀限制要弱于 __Host- 前缀。

带有这些前缀点 Cookie, 如果不符合其限制的会被浏览器拒绝。请注意,这确保了如果子域要创建带有前缀的 Cookie,那么它将要么局限于该子域,要么被完全忽略。由于应用服务器仅在确定用户是否已通过身份验证或 CSRF 令牌正确时才检查特定的 Cookie 名称,因此,这有效地充当了针对会话劫持的防御措施。

Cookie 各个属性的兼容性如下图所示:

Cookie属性的兼容性

6. HTTP Cookie 和 document.cookie

6.1 HTTP Cookie

服务器如果希望在浏览器保存 Cookie,就要在 HTTP 回应的头信息里面,放置一个Set-Cookie字段。

HTTP设置Cookie

浏览器收到响应后通常会保存下 Cookie,之后对该服务器每一次请求中都通过 Cookie 请求头部将 Cookie 信息发送给服务器。另外,Cookie 的过期时间、域、路径、有效期、适用站点都可以根据需要来指定。

HTTP 回应可以包含多个 Set-Cookie 字段,即在浏览器生成多个 Cookie。下面是一个例子。

HTTP/1.0 200 OK
Content-type: text/html
Set-Cookie: yummy_cookie=choco
Set-Cookie: tasty_cookie=strawberry

[page content]

除了 Cookie 的值,Set-Cookie字段还可以附加 Cookie 的属性。

Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Expires=<date>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Max-Age=<non-zero-digit>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Domain=<domain-value>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Path=<path-value>
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; Secure
Set-Cookie: <cookie-name>=<cookie-value>; HttpOnly

一个 Set-Cookie 字段里面,可以同时包括多个属性,没有次序的要求。

如果服务器想改变一个早先设置的 Cookie,必须同时满足四个条件:Cookiekeydomainpathsecure 都匹配。否则,会创建一个新的 Cookie

浏览器接收了响应头提供的 Cookie 之后,每一次访问该域时,都会携带该 Cookie 值:

HTTP的请求头中携带Cookie

Cookie 字段可以包含多个 Cookie,使用分号(;)分隔。

GET /sample_page.html HTTP/1.1
Host: www.example.org
Cookie: yummy_cookie=choco; tasty_cookie=strawberry

6.2 document.cookie

通过 document.cookie 属性可创建新的 Cookie,也可通过该属性访问==非 HttpOnly== 标记的 Cookie

Document获取Cookie

上图从 document.cookie 一次性读出多个 Cookie,它们之间使用分号分隔。必须手动还原,才能取出每一个 Cookie 的值。

写入的时候,Cookie 的值必须写成 key=value 的形式。注意,等号两边不能有空格。另外,写入 Cookie 的时候,必须对分号、逗号和空格进行转义(它们都不允许作为 Cookie 的值),这可以用 encodeURIComponent 方法达到。比如,我们要存储一个对象到 Cookie中,可以通过下面代码实现:

document.cookie设置

设置完成后,在浏览器查看:

查看设置的Cookie

那要怎么才能读取到这次设置的 Cookie 呢?方法如下:

读取设置的cookie_people

读取到的结果如下:

读取设置的cookie

document.cookie 一次只能写入一个 Cookie,而且写入并不是覆盖,而是添加。

7. Cookie 的安全隐患

信息被存在 Cookie 中时,需要明白 Cookie 的值时可以被访问,且可以被终端用户所修改的。根据应用程序的不同,可能需要使用服务器查找的不透明标识符,或者研究诸如 JSON Web Tokens 之类的替代身份验证/机密机制。

当机器处于不安全环境时,切记不能通过 HTTP Cookie 存储、传输敏感信息。

7.1 Cookie 捕获/重放

攻击者可以通过木马等恶意程序,或使用跨站脚本攻击等手段偷窃存放在用户硬盘或内存中的 Cookie。借助网络攻击手段,包括:

  • 在不安全的局域网中被动地监听网络通信;
  • 通过攻击网络用户的路由器,或通过搭建恶意的无线路由器等手法,控制路由基础设施,将网络流量重定向到攻击者控制的主机;
  • 发动 DNSPharming (域欺骗)攻击,通过 DNS 缓存中毒DNS 应答欺骗、或修改用户端的本地域名解析文件等方法攻击 DNS 系统,导致用户对合法网站的访问请求被重定向到恶意网站等等,同样可能窃取 Cookie

对于捕获到的认证 Cookie,攻击者往往会猜测其中的访问令牌,试图获取会话ID、用户名与口令、用户角色、时间戳等敏感信息;或者直接重放该 Cookie,假冒受害者的身份发动攻击 。

7.2 恶意 Cookies

Cookies 是文本文件, 一般情况下认为它不会造成安全威胁。 但是,如果在 Cookies 中通过特殊标记语言,引入可执行代码,就很可能给用户造成严重的安全隐患。HTML 为区别普通文本和标记语言,用符号 “<>” 来指示 HTML 代码。 这些 HTML 代码或者定义 Web 网页格式,或者引入 Web 浏览器可执行代码段。 Web 服务 器可以使用 Cookies 信息创建动态网页。假使 Cookies 包含可执行恶意代码段,那么在显示合成有该 Cookies 的网页时,就会自动执行这段恶意代码。当然,恶意代码能否真正造成危害,还取决于 Web 站点的安全配置策略 。

7.3 会话定置

会话定置(Session Fixation)攻击是指,攻击者向受害者主机注入自己控制的认证 Cookie 等信息,使得受害者以攻击者的身份登录网站,从而窃取受害者的会话信息。

注入 Cookie 的方法包括:

  • 使用跨站脚本或木马等恶意程序;
  • 或伪造与合法网站同域的站点,并利用各种方法欺骗用户访问该仿冒网站,从而通过HTTP响应中的Set-Cookie头将攻击者拥有的该域Cookie发送给用户等。

7.4 CSRF 攻击

跨站请求伪造(Cross-Site Request Forgery,简称CSRF)是指:

攻击者可能利用网页中的恶意代码强迫受害者浏览器向被攻击的 Web 站点发送伪造的请求,篡夺受害者的认证 Cookie 等身份信息,从而假冒受害者对目标站点执行指定的操作。

Firefox、Opera 等浏览器使用单进程机制,多个窗口或标签使用同一个进程,共享 Cookie 等会话数据。IE 则混合使用单进程与多进程模式,一个窗口中的多个标签,以及使用 “CTRL+N” 或单击网页中的链接打开的新窗口使用同一进程,共享会话数据;只有直接运行IE可执行程序打开窗口时,才会创建新的进程。Chrome 虽然使用多进程机制,然而经测试发现,其不同的窗口或标签之间仍会共享会话数据,除非使用隐身访问方式。

因而,用户同时打开多个浏览器窗口或标签访问互联网资源时,就为 CSRF 攻击篡夺用户的会话 Cookie 创造了条件。另外,如果一个Web 站点提供持久化 Cookie,则 CSRF 攻击将更直接、更容易。

缓解 Cookie 攻击的方法如下:

  • 对用户输入进行过滤来阻止 XSS;
  • 任何敏感操作都需要确认;
  • 用于敏感信息的 Cookie 只能拥有较短的生命周期;

8. 安全使用 Cookie

有两种方法可以确保 Cookie 被安全发送,并且不会被意外的参与者或脚本访问:Secure 属性和 HttpOnly 属性。

标记为 SecureCookie 只应通过被 HTTPS 协议加密过的请求发送给服务端,因此可以预防 man-in-the-middle 攻击者的攻击。但即便设置了 Secure 标记,敏感信息也不应该通过 Cookie 传输,因为 Cookie 有其固有的不安全性,Secure 标记也无法提供确实的安全保障, 例如,可以访问客户端硬盘的人可以读取它。

JavaScript Document.cookie API 无法访问带有 HttpOnly 属性的 Cookie;此类 Cookie 仅作用于服务器。例如,例如,持久化服务器端会话的 Cookie 不需要对 JavaScript 可用,而应具有 HttpOnly 属性。此预防措施有助于缓解跨站点脚本(XSS)攻击。

9. Cookie 的替代方案

由于 Cookie 在使用上存在较多限制,近年来,随着技术的发展成熟,出现了几种可替代 Cookie 的方案,且已被大多数主流浏览器支持。

Cookie的替代方案

  • Web Storage、window.localStorage

在浏览器中存储数据的另一种方法是 ==Web Storage API==。window.sessionStoragewindow.localStorage 属性与持续时间中的会话和永久 Cookie 相对应,但是存储限制比 Cookie大,并且永远不会发送到服务器。

  • IndexedDB

可以使用 IndexedDB API 或基于它构建的库来存储更多结构化的数据。

  • Web SQL

Web SQL 是一种利用数据库进行数据存储并利用 SQL 处理检索任务的 API。

欢迎大家来到我的「山头」,我是「前端三昧」的作者 隐逸王 —— 一个想要做山大王的男人!

愿和你一起领略前端三昧,发现前端之美!

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