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社区首页 >专栏 >C++简单实现一个令牌(Token)验证登录基于Windows平台下的CS交互

C++简单实现一个令牌(Token)验证登录基于Windows平台下的CS交互

原创
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晨星成焰
发布2024-08-06 01:08:14
2910
发布2024-08-06 01:08:14
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文章被收录于专栏:网络编程C++入门基础知识

Token值的存储

在实现Token令牌登录前,首先需要思考Token的存储形式

基于用户ID唯一,以及一个Token 值对应一个用户ID和用户姓名的情况下

决定在哪里存储 token 值取决于多种因素,包括安全性、可扩展性、持久性和可用性等

1. 存储在数据库中

  • 优点:
    • 安全性: 数据库通常提供了更好的安全性措施,如加密、备份和恢复机制等。
    • 持久性: 数据库中的数据可以在服务器重启后依然存在。
    • 高可用性: 可以使用多节点数据库集群实现高可用性。
    • 事务支持: 支持事务处理,这对于需要保证数据一致性的情况非常重要。
  • 缺点:
    • 性能: 对于高并发的应用来说,每次访问都需要查询数据库可能会成为瓶颈。
    • 复杂性: 需要维护数据库的索引、分区等,增加了系统的复杂性。
    • 成本: 高性能的数据库服务器可能需要较高的硬件和维护成本。

2. 存储在服务端的一个数据结构中

  • 优点:
    • 性能: 数据存储在内存中,读写速度非常快。
    • 简单: 实现起来相对简单,无需复杂的数据库配置。
    • 成本: 无需额外的数据库服务器,减少了成本。
  • 缺点:
    • 持久性: 服务端重启后,数据会丢失。
    • 安全性: 相比于数据库,内存中的数据更容易受到攻击。
    • 可扩展性: 当服务端负载增加时,单个服务端的内存可能不足以支撑更多的用户会话。
    • 故障恢复: 一旦服务端出现故障,所有的 token 信息都会丢失。

还有一种结合使用的最推荐方案

3. 使用数据库作为主存储: 存储所有 token 和相关的用户信息。

使用缓存技术: 如 Redis 或 Memcached 等缓存系统,用来缓存最近使用的 token 信息。这样可以显著减少数据库的访问次数,提高性能。

这种方法结合了数据库的安全性和持久性以及缓存的高性能。当客户端发送请求时,首先从缓存中查询 token 信息,如果缓存中存在则冷加载数据,如果缓存中不存在,则从数据库中查询并将结果缓存起来。当 token 过期或者被注销时,从缓存和数据库中删除相应的记录。


Token验证登录实现

综上所述由于只是一个简单的令牌Token登陆验证模拟实现,忽略Token加密和Token验证等环节,并且采用第二种方法

实现一个Token管理器类

由于简单实现的原因只需要一个管理器类,基于单例模式在服务端全局使用

单例模式的讲解可以参考这篇文章

C++设计模式-单例模式讲解

Token管理器类出于用户ID的唯一性采用了双向映射:

一个是从令牌到用户信息(已经存在),另一个是从用户ID到令牌。这样,当需要更新用户的令牌时,可以直接通过用户ID找到旧的令牌并删除它,而无需遍历整个 _tokenMap

综上所述实现基本的增删改查

TokenMgr.hpp

代码语言:cpp
复制
#pragma once
#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
#include <random>
#include <chrono>

class TokenMgr
{
private:
	struct TokenUserInfo
	{
		int userId;
		std::string userName;
	};

	std::map<std::string, TokenUserInfo> _tokenMap; // 从令牌到用户信息的映射
	std::map<int, std::string> _userIdToToken; // 从用户ID到令牌的映射
	int _tokenLength = 8; // 令牌长度

private:
	TokenMgr()
	{
		_tokenLength = 8;
	}
	TokenMgr(const TokenMgr&) = delete;
	TokenMgr& operator=(const TokenMgr&) = delete;

	// 生成指定长度的随机令牌
	std::string GenerateRandomToken(int length)
	{
		static const char alphanum[] =
			"0123456789"
			"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
			"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";

		static std::default_random_engine generator(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count());
		static std::uniform_int_distribution<int> distribution(0, sizeof(alphanum) - 2);

		std::string token;
		for (int i = 0; i < length; ++i)
		{
			token += alphanum[distribution(generator)];
		}
		return token;
	}

public:
	// 全局访问点
	static TokenMgr& GetInstance()
	{
		static TokenMgr instance;
		return instance;
	}
	// 添加一个新令牌,并关联到用户ID和用户名
	void AddToken(int userId, const std::string& userName)
	{
		std::string token = GenerateRandomToken(this->_tokenLength); // 生成8个字符的令牌
		_tokenMap[token] = TokenUserInfo{ userId, userName };
		_userIdToToken[userId] = token;
	}

	std::string GetTokenByUserId(int userId)
	{
		auto it = _userIdToToken.find(userId);
		if (it != _userIdToToken.end())
		{
			return it->second;
		}
		return ""; // 如果未找到,则返回空字符串
	}

	// 根据令牌获取用户信息
	bool GetUserInfo(const std::string& token, int& userId, std::string& userName)
	{
		auto it = _tokenMap.find(token);
		if (it != _tokenMap.end())
		{
			userId = it->second.userId;
			userName = it->second.userName;
			return true;
		}
		return false;
	}

	void ByTokenUpdateIdName(const std::string& token, int userId, const std::string& userName)
	{
		auto it = _tokenMap.find(token);
		if (it != _tokenMap.end())
		{
			it->second.userId = userId;
			it->second.userName = userName;
			_userIdToToken[userId] = token;
		}
	}

	void ByIdUpdateNewToken(int userId)
	{
		// 生成一个新的唯一令牌。
		std::string newToken;
		do
		{
			newToken = GenerateRandomToken(8); // 生成8个字符的令牌
		} while (_tokenMap.find(newToken) != _tokenMap.end()); // 确保令牌是唯一的。

		// 直接通过用户ID找到旧的令牌并删除它
		auto it = _userIdToToken.find(userId);
		if (it != _userIdToToken.end())
		{
            //因为map键具有唯一性,必须删除再添加,
			_tokenMap.erase(it->second); // 从_tokenMap中删除旧的令牌
			_userIdToToken.erase(it); // 从_userIdToToken中删除旧的映射
		}

		// 插入带有给定用户ID的新令牌。
		TokenUserInfo info;
		info.userId = userId;
		info.userName = GetUserNameByUserId(userId);
		_tokenMap[newToken] = info;
		_userIdToToken[userId] = newToken;
	}

	// 检查令牌是否存在
	bool HasToken(const std::string& token)
	{
		return _tokenMap.find(token) != _tokenMap.end();
	}

	// 移除令牌
	void RemoveToken(const std::string& token)
	{
		int userId;
		std::string userName;
		if (GetUserInfo(token, userId, userName))
		{
			_tokenMap.erase(token);
			_userIdToToken.erase(userId);
		}
	}

private:
	std::string GetUserNameByUserId(int userId)
	{
		auto it = _userIdToToken.find(userId);
		if (it != _userIdToToken.end())
		{
			auto tokenIt = _tokenMap.find(it->second);
			if (tokenIt != _tokenMap.end())
			{
				return tokenIt->second.userName;
			}
		}
		return ""; // 如果未找到,则返回空字符串
	}
};

如果有多线程需求,在多个线程同时访问 _tokenMap时,例如,在生成新令牌时,如果有多个线程同时执行,则可能会生成相同的令牌,这时就需要上锁了。

CS交互演示

略去服务端客户端的搭建,这里仅以交互逻辑为例

一个Token登录流程

客户端进行登陆请求,并发送相应的用户名和密码

服务端验证登陆无误后,生成一个 Token 并将用户信息存储在服务端(如 Redis,数据库,临时数据结构)以便快速验证和获取用户信息,旧的Token进行删除,服务端向客户端返回Token。

客户端将 Token 存储在本地(存储可加密)

在每个后续的登陆或非登录的请求中,客户端可以通过请求头(内含Token)发送给服务端。

服务端从请求头中获取 Token,解密验证其合法性后,完成访问受保护的功能


略去加密验证等繁琐步骤后,遵循客户端的一切行动逻辑都尽量基于服务端的情况下。

CS简单实现一个Token登陆交互

服务端的Login信息处理

登陆回复

代码语言:cpp
复制
void TcpSocket::SC_LoginRespond(cJSON* root)
{
	cJSON* username = cJSON_GetObjectItem(root, "username");
	cJSON* password = cJSON_GetObjectItem(root, "password");
	if (username == nullptr || username->type != cJSON_String && password == nullptr || password->type != cJSON_String)
	{
		Close();
		return;
	}

	cJSON* SC_Login = cJSON_CreateObject();

	std::string strUsername = username->valuestring;
	std::string strUserToken;
	std::string strPassword = password->valuestring;

	bool loginFlag = DBOperate::GetInstance().DBLogin(strUsername.c_str(), strPassword.c_str());

	if (loginFlag)
	{
		// 用户名密码正确,登录成功
		
		//避免旧的Token值存在
		std::string findToken = TokenMgr::GetInstance().GetTokenByUserId(findUID);
		if (findToken != "" && TokenMgr::GetInstance().HasToken(findToken))TokenMgr::GetInstance().RemoveToken(findToken);

		TokenMgr::GetInstance().AddToken(findUID, strUsername);
		strUserToken = TokenMgr::GetInstance().GetTokenByUserId(findUID);

		cJSON_AddStringToObject(SC_Login, "cmd", "SC_Login");
		cJSON_AddStringToObject(SC_Login, "token", strUserToken.c_str());
		cJSON_AddNumberToObject(SC_Login, "result", 1);
		cJSON_AddStringToObject(SC_Login, "msg", "Login Success");
	}
	else
	{
		// 用户名或者密码错误
		cJSON_AddStringToObject(SC_Login, "cmd", "SC_Login");
		cJSON_AddNumberToObject(SC_Login, "result", 0);
		cJSON_AddStringToObject(SC_Login, "msg", "User Or Password Failed");
	}


	std::string msg = cJSON_Print(SC_Login);
	cJSON_Delete(SC_Login);

	SendData(msg.c_str(), msg.size());
}

Token登陆回复

代码语言:cpp
复制
void TcpSocket::SC_TokenLoginRespond(cJSON* root)
{
	cJSON* Token = cJSON_GetObjectItem(root, "token");
	if (Token == nullptr || Token->type != cJSON_String)
	{
		Close();
		return;
	}

	cJSON* SC_TokenLogin = cJSON_CreateObject();

	std::string strUserToken = Token->valuestring;

	bool tokenLoginFlag = TokenMgr::GetInstance().HasToken(strUserToken);

	if (tokenLoginFlag)
	{
		// Token 正确,登录成功
		cJSON_AddStringToObject(SC_TokenLogin, "cmd", "SC_TokenLogin");
		cJSON_AddNumberToObject(SC_TokenLogin, "result", 1);
		cJSON_AddStringToObject(SC_TokenLogin, "msg", "Token Login Success");
		cJSON* player = cJSON_CreateObject();
		int TokenUID = -1;
		std::string strUsername = "";
		TokenMgr::GetInstance().GetUserInfo(strUserToken, TokenUID, strUsername);
		_userId = TokenUID;

		cJSON_AddNumberToObject(player, "playerId", TokenUID);
		cJSON_AddStringToObject(player, "username", strUsername.c_str());
		cJSON_AddStringToObject(player, "token", strUserToken.c_str());

		cJSON_AddItemToObject(SC_TokenLogin, "player", player);

		//该连接存储用户属性
		_player = new Player(TokenUID, strUsername);
		_player->SetTcpClient(this);

		//全局存储连接
		g_clients[TokenUID] = this;  //存储链接
	}
	else
	{
		// Token 错误
		cJSON_AddStringToObject(SC_TokenLogin, "cmd", "SC_TokenLogin");
		cJSON_AddNumberToObject(SC_TokenLogin, "result", 0);
		cJSON_AddStringToObject(SC_TokenLogin, "msg", "Token Error");
	}


	std::string msg = cJSON_Print(SC_TokenLogin);
	cJSON_Delete(SC_TokenLogin);

	SendData(msg.c_str(), msg.size());
}

客户端的Login消息处理

登录请求

代码语言:cpp
复制
void GameClient::SendLoginRequest(const char* username, const char* password)
{
	cJSON* root = cJSON_CreateObject();
	cJSON_AddStringToObject(root, "cmd", "CS_Login");
	cJSON_AddStringToObject(root, "username", username);
	cJSON_AddStringToObject(root, "password", password);
	cJSONSendMsg(root);
}

Token登陆请求

代码语言:cpp
复制
void GameClient::SendTokenLoginRequest(const char* token)
{
	cJSON* root = cJSON_CreateObject();
	cJSON_AddStringToObject(root, "cmd", "CS_TokenLogin");
	cJSON_AddStringToObject(root, "token", token);
	cJSONSendMsg(root);
}

客户端用户名密码正确的情况

代码语言:cpp
复制
void GameClient::SC_LoginEvent(cJSON* root)
{
	std::cout << "Client SC_LoginEvent Success" << std::endl;

	cJSON* token = cJSON_GetObjectItem(root, "token");
    //客户端存储Token
	_token = token->valuestring;

	SendTokenLoginRequest(_token.c_str());
}

Token登陆成功后

代码语言:cpp
复制
void GameClient::SC_TokenLoginEvent(cJSON* root)
{
	std::cout << "Client SC_TokenLoginEvent Success" << std::endl;
	cJSON* player = cJSON_GetObjectItem(root, "player");
	cJSON* userId = cJSON_GetObjectItem(player, "playerId");
	cJSON* userName = cJSON_GetObjectItem(player, "username");
	cJSON* token = cJSON_GetObjectItem(player, "token");
	_token = token->valuestring;

	Player* clientPlayer = new Player(userId->valueint, userName->valuestring);
	_clientPlayer = clientPlayer; //客户端存储用户信息
	this->_widgetType = Game_Hall;//切换UI
}

交互截图


总结

通常使用Token进行身份验证是一种常见的安全机制,为此允许服务端在客户端与服务端之间传递一个令牌,以替代传统的用户名和密码认证。

以上均基于简单模拟实现,未实现防止SQL注入,加密解密验证,redis配合数据库缓存等功能,日后完善。

如有纰漏谬误,敬请指出。

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原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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目录
  • Token值的存储
    • 1. 存储在数据库中
      • 2. 存储在服务端的一个数据结构中
        • 3. 使用数据库作为主存储: 存储所有 token 和相关的用户信息。
        • Token验证登录实现
          • 实现一个Token管理器类
            • CS交互演示
              • 服务端的Login信息处理
                • 登陆回复
                • Token登陆回复
              • 客户端的Login消息处理
                • 登录请求
                • Token登陆请求
                • 客户端用户名密码正确的情况
                • Token登陆成功后
              • 交互截图
              • 总结
              相关产品与服务
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