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鉴权体系设计

概述

CamTalk 采用 JWT 双 token 轮转认证机制，结合 bcrypt 密码哈希和 Refresh Token Rotation 安全策略，实现安全可靠的用户认证体系。

设计原则：

• 安全性：access_token 短有效期（15 分钟），refresh_token 支持轮转防重放
• 可靠性：Refresh Token Rotation 机制，检测复用时自动吊销用户所有令牌
• 可扩展性：Repository 接口隔离存储层，支持内存和 PostgreSQL 双实现

整体架构

graph TB
    subgraph Client["客户端"]
        Browser["浏览器"]
    end

    subgraph AuthModule["Auth 模块"]
        Service["AuthService<br/>Register / Login / Refresh / Logout"]
        TokenMgr["TokenManager<br/>JWT 生成与验证"]
        Middleware["AuthMiddleware<br/>Gin 中间件"]
        Password["PasswordUtil<br/>bcrypt 哈希"]
    end

    subgraph Storage["存储层"]
        UserRepo["UserRepository<br/>用户数据"]
        TokenStore["RefreshToken 存储<br/>SHA256 哈希"]
    end

    Browser -->|"POST /api/auth/*"| Service
    Service --> TokenMgr
    Service --> Password
    Service --> UserRepo
    Service --> TokenStore
    Middleware -->|"校验 access_token"| TokenMgr
    Middleware -->|"写入 user_id/username"| GinContext["Gin Context"]

核心组件

1. JWT 令牌管理（TokenManager）

文件位置：backend/internal/auth/jwt.go

Claims 结构

type Claims struct {
    UserID    string `json:"user_id"`
    Username  string `json:"username"`
    TokenType string `json:"token_type"` // "access" | "refresh"
    jwt.RegisteredClaims
}

字段说明：

• UserID：用户唯一标识（UUID）
• Username：用户名
• TokenType：令牌类型，用于区分 access 和 refresh token
• RegisteredClaims：JWT 标准声明（ExpiresAt, IssuedAt, Issuer, ID）

TokenManager 配置

type TokenManager struct {
    secret     []byte        // JWT 签名密钥（HS256）
    accessTTL  time.Duration // access_token 有效期（默认 15 分钟）
    refreshTTL time.Duration // refresh_token 有效期（默认 7 天）
}

func NewTokenManager(secret string, accessTTL, refreshTTL time.Duration) *TokenManager

令牌生成

func (tm *TokenManager) GeneratePair(userID, username string) (access, refresh string, err error)

生成逻辑：

1. access_token：

   • 签名算法：HS256
   • 有效期：15 分钟
   • 包含：UserID, Username, TokenType="access", ExpiresAt, IssuedAt, Issuer="camtalk"

2. refresh_token：

   • 签名算法：HS256
   • 有效期：7 天
   • 包含：UserID, Username, TokenType="refresh", ID=UUID（用于 DB 关联）, ExpiresAt, IssuedAt, Issuer="camtalk"

令牌验证

func (tm *TokenManager) ValidateAccess(tokenStr string) (*Claims, error)
func (tm *TokenManager) ValidateRefresh(tokenStr string) (*Claims, error)

验证逻辑：

1. 解析 JWT，验证签名算法为 HMAC
2. 验证签名是否有效
3. 验证令牌是否过期
4. 验证 TokenType 是否匹配（access 或 refresh）
5. 返回 Claims 或错误

Token 哈希

func HashToken(token string) string

用途：对 refresh_token 做 SHA256 哈希后存储到数据库，避免直接存储原始 token。

2. 密码处理（PasswordUtil）

文件位置：backend/internal/auth/password.go

密码哈希

func HashPassword(password string) (string, error)

实现：

• 算法：bcrypt
• Cost：10（2^10 次迭代）
• 返回：base64 编码的哈希字符串

密码验证

func CheckPassword(hashedPassword, password string) error

实现：

• 使用 bcrypt.CompareHashAndPassword 验证
• 返回 nil 表示匹配，否则返回错误

3. 认证服务（AuthService）

文件位置：backend/internal/auth/service.go

接口定义

type Service interface {
    Register(ctx context.Context, req RegisterRequest) (*AuthResponse, error)
    Login(ctx context.Context, req LoginRequest) (*AuthResponse, error)
    Refresh(ctx context.Context, req RefreshRequest) (*AuthResponse, error)
    Logout(ctx context.Context, userID, refreshToken string) error
}

注册流程（Register）

func (s *authService) Register(ctx context.Context, req RegisterRequest) (*AuthResponse, error)

流程：

1. 检查用户名是否已存在（FindByUsername）
2. 如果存在，返回 ErrUsernameTaken
3. 使用 bcrypt 哈希密码（HashPassword）
4. 创建用户记录（Create）
5. 生成 access_token + refresh_token（GeneratePair）
6. 保存 refresh_token 的 SHA256 哈希到数据库（SaveRefreshToken）
7. 返回 AuthResponse

错误处理：

• ErrUsernameTaken：用户名已存在
• 数据库错误：透传底层错误

登录流程（Login）

func (s *authService) Login(ctx context.Context, req LoginRequest) (*AuthResponse, error)

流程：

1. 根据用户名查找用户（FindByUsername）
2. 如果用户不存在，返回 ErrInvalidCredentials
3. 验证密码（CheckPassword）
4. 如果密码错误，返回 ErrInvalidCredentials
5. 生成 access_token + refresh_token（GeneratePair）
6. 保存 refresh_token 的 SHA256 哈希到数据库（SaveRefreshToken）
7. 返回 AuthResponse

错误处理：

• ErrInvalidCredentials：用户名或密码错误（统一错误信息，防止枚举攻击）

刷新令牌流程（Refresh）— Refresh Token Rotation

func (s *authService) Refresh(ctx context.Context, req RefreshRequest) (*AuthResponse, error)

流程：

1. 验证 refresh_token 的签名和有效期（ValidateRefresh）
2. 计算 refresh_token 的 SHA256 哈希（HashToken）
3. 在数据库中查找该哈希（FindRefreshToken）
4. 如果哈希不存在：
   • JWT 校验已通过但 DB 中不存在 → token 已被 rotation 删除
   • 这是 token 复用行为，属于安全风险
   • 吊销该用户的所有 refresh_token（DeleteUserRefreshTokens）
   • 返回 ErrRefreshTokenUsed
5. 验证 token 归属的用户与 claims 一致
6. 删除旧的 refresh_token 哈希（DeleteRefreshToken）
7. 生成新的 access_token + refresh_token（GeneratePair）
8. 保存新的 refresh_token 哈希到数据库（SaveRefreshToken）
9. 查询用户信息（FindByID）
10. 返回 AuthResponse

安全机制：

• Token 轮转：每次 refresh 都会生成新的 token pair，旧 refresh_token 立即失效
• 复用检测：如果检测到已删除的 refresh_token 被复用，立即吊销该用户的所有 refresh_token
• 强制重新登录：吊销后，该用户所有设备都需要重新登录

登出流程（Logout）

func (s *authService) Logout(ctx context.Context, userID, refreshToken string) error

流程：

1. 计算 refresh_token 的 SHA256 哈希（HashToken）
2. 从数据库删除该哈希（DeleteRefreshToken）

4. Gin 中间件（AuthMiddleware）

文件位置：backend/internal/auth/middleware.go

func AuthMiddleware(tokenMgr *TokenManager) gin.HandlerFunc

功能：

1. 从请求头提取 Authorization: Bearer <token>
2. 验证 access_token（ValidateAccess）
3. 如果验证失败，返回 401 Unauthorized
4. 如果验证成功，将 user_id 和 username 写入 Gin Context
5. 调用 c.Next() 继续处理请求

错误响应：

{
  "code": "INVALID_TOKEN",
  "message": "missing authorization header"
}

{
  "code": "INVALID_TOKEN",
  "message": "invalid authorization format"
}

{
  "code": "INVALID_TOKEN",
  "message": "invalid or expired token"
}

Context Key：

• ContextKeyUserID = "user_id"
• ContextKeyUsername = "username"

使用示例：

// 在路由中使用中间件
authorized := r.Group("/api")
authorized.Use(auth.AuthMiddleware(tokenMgr))
{
    authorized.GET("/conversations", handler.ListConversations)
    authorized.POST("/conversations", handler.CreateConversation)
}

数据模型

用户表（users）

CREATE TABLE users (
    id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
    username VARCHAR(64) UNIQUE NOT NULL,
    password_hash VARCHAR(255) NOT NULL,
    created_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE DEFAULT NOW(),
    updated_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE DEFAULT NOW()
);

Refresh Token 表（refresh_tokens）

CREATE TABLE refresh_tokens (
    token_hash VARCHAR(64) PRIMARY KEY,  -- SHA256 哈希
    user_id UUID NOT NULL REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE,
    expires_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE NOT NULL,
    created_at TIMESTAMP WITH TIME ZONE DEFAULT NOW()
);

CREATE INDEX idx_refresh_tokens_user_id ON refresh_tokens(user_id);
CREATE INDEX idx_refresh_tokens_expires_at ON refresh_tokens(expires_at);

Repository 接口

UserRepository

type UserRepository interface {
    // Create 创建用户，返回用户 ID
    Create(ctx context.Context, username, passwordHash string) (string, error)

    // FindByUsername 根据用户名查找用户
    FindByUsername(ctx context.Context, username string) (*User, error)

    // FindByID 根据 ID 查找用户
    FindByID(ctx context.Context, id string) (*User, error)

    // SaveRefreshToken 保存 refresh_token 哈希
    SaveRefreshToken(ctx context.Context, userID, tokenHash string, expiresAt time.Time) error

    // FindRefreshToken 根据 token 哈希查找用户 ID
    FindRefreshToken(ctx context.Context, tokenHash string) (string, error)

    // DeleteRefreshToken 删除指定的 refresh_token
    DeleteRefreshToken(ctx context.Context, tokenHash string) error

    // DeleteUserRefreshTokens 删除用户的所有 refresh_token（用于检测复用时吊销）
    DeleteUserRefreshTokens(ctx context.Context, userID string) error
}

前端集成

Token 存储

推荐方案：

• access_token：存储在内存中（JavaScript 变量）
• refresh_token：存储在 httpOnly Cookie 中（防止 XSS 攻击）

备选方案（开发环境）：

• 两者都存储在 localStorage（便于调试，但存在 XSS 风险）

请求拦截器

// axios 请求拦截器
api.interceptors.request.use((config) => {
  const accessToken = getAccessToken();
  if (accessToken) {
    config.headers.Authorization = `Bearer ${accessToken}`;
  }
  return config;
});

// axios 响应拦截器
api.interceptors.response.use(
  (response) => response,
  async (error) => {
    const originalRequest = error.config;

    // 如果是 401 且不是 refresh 请求，尝试刷新 token
    if (error.response?.status === 401 && !originalRequest._retry) {
      originalRequest._retry = true;

      try {
        const refreshToken = getRefreshToken();
        const response = await api.post('/api/auth/refresh', {
          refresh_token: refreshToken,
        });

        const { access_token, refresh_token } = response.data;
        setAccessToken(access_token);
        setRefreshToken(refresh_token);

        // 重试原始请求
        originalRequest.headers.Authorization = `Bearer ${access_token}`;
        return api(originalRequest);
      } catch (refreshError) {
        // 刷新失败，跳转登录页
        clearTokens();
        window.location.href = '/login';
        return Promise.reject(refreshError);
      }
    }

    return Promise.reject(error);
  }
);

WebSocket 认证

// 建立 WebSocket 连接时传递 access_token
const wsUrl = `ws://${window.location.host}/ws?token=${accessToken}&conversation_id=${conversationId}`;
const ws = new WebSocket(wsUrl);

// 连接失败时（401），触发 token 刷新
ws.onerror = (error) => {
  console.error('WebSocket connection failed');
  // 可能需要刷新 token 后重连
};

安全考虑

1. 密码安全

• bcrypt 算法：使用 bcrypt 进行密码哈希，cost factor 为 10
• 盐值自动生成：bcrypt 自动生成随机盐值，无需手动管理
• 防彩虹表：每个密码的哈希值都不同，即使密码相同

2. Token 安全

• 短期 access_token：15 分钟有效期，降低泄露风险
• Refresh Token Rotation：每次 refresh 都生成新 token，旧 token 立即失效
• 复用检测：检测到已删除的 refresh_token 被复用时，吊销该用户的所有 token
• SHA256 哈希存储：数据库只存储 refresh_token 的哈希值，不存储原始 token

3. 传输安全

• HTTPS 强制：生产环境必须使用 HTTPS
• CORS 限制：配置 AllowedOrigins 限制允许的域名
• HttpOnly Cookie：refresh_token 存储在 httpOnly Cookie 中，防止 XSS 攻击

4. 防攻击策略

• 防暴力破解：可选的速率限制（RATE_LIMITED 错误码）
• 防枚举攻击：登录失败时统一返回 INVALID_CREDENTIALS，不区分用户名不存在还是密码错误
• 防重放攻击：Refresh Token Rotation 确保每个 refresh_token 只能使用一次
• 防 Token 泄露：检测到 token 复用时，立即吊销该用户的所有 token

配置说明

配置文件

auth:
  jwt_secret: ""           # JWT 签名密钥（必须通过环境变量设置）
  access_ttl: 15           # access_token 有效期（分钟）
  refresh_ttl: 10080       # refresh_token 有效期（分钟，7天）

环境变量

环境变量	说明	示例
CAMTALK_AUTH_JWT_SECRET	JWT 签名密钥（必须）	$(openssl rand -hex 32)
CAMTALK_AUTH_ACCESS_TTL	access_token 有效期（分钟）	15
CAMTALK_AUTH_REFRESH_TTL	refresh_token 有效期（分钟）	10080

安全要求：

• JWT_SECRET 必须通过环境变量设置，不能写入配置文件
• 生产环境使用 openssl rand -hex 32 生成随机密钥
• 密钥长度建议至少 32 字节（256 位）

错误码

错误码	HTTP 状态码	含义	客户端处理
USERNAME_TAKEN	409	用户名已存在	提示换一个用户名
INVALID_CREDENTIALS	401	用户名或密码错误	提示检查输入
INVALID_TOKEN	401	JWT 无效或已过期	尝试 refresh，失败则重新登录

测试用例

单元测试

文件位置：backend/internal/auth/jwt_test.go, backend/internal/auth/service_test.go

测试覆盖：

• Token 生成和验证
• Token 过期处理
• Refresh Token Rotation
• Token 复用检测和吊销
• 密码哈希和验证
• 边界条件和错误处理

集成测试

测试场景：

• 注册 → 登录 → 访问受保护资源
• Token 刷新流程
• Token 过期后自动刷新
• 并发刷新 token（竞态条件）
• Token 复用检测和吊销

监控指标

关键指标

• 登录成功率：登录成功次数 / 登录总次数
• Token 刷新率：refresh 请求次数 / 总请求数
• Token 复用检测：检测到 token 复用的次数（安全事件）
• 认证延迟：JWT 验证的平均耗时

告警规则

• Token 复用检测：任何 token 复用事件都应触发告警
• 异常登录失败率：短时间内大量登录失败可能表示暴力破解攻击
• Token 刷新失败率：refresh 失败率突然上升可能表示系统问题

扩展点

1. 多设备管理

当前实现支持同一用户在多个设备上登录（每个设备独立的 refresh_token）。可以扩展为：

• 设备列表管理
• 单设备登录（踢出其他设备）
• 设备信任等级

2. OAuth 第三方登录

可以扩展 AuthService 支持 OAuth 2.0：

• Google、GitHub 等第三方登录
• 绑定/解绑第三方账号
• 统一的用户身份管理

3. 双因素认证（2FA）

可以扩展为：

• TOTP（基于时间的一次性密码）
• SMS 验证码
• 邮箱验证

4. 会话管理

可以扩展为：

• 活跃会话列表
• 远程登出其他会话
• 会话过期策略

参考资料

• JWT 规范
• bcrypt 算法
• OWASP 认证备忘录
• Refresh Token Rotation