练习题与复盘

这些练习围绕工作中高频出现的认证需求和故障。建议先独立完成，再回看前面的教程。

使用方式

每道题至少写出：

你的设计或代码。
为什么这样做。
失败时返回什么状态码。
存在哪些安全边界。
如何测试成功和失败路径。

练习 1：区分四个概念

分别说明 Base64URL、SHA-256、Argon2id、HS256 的目的，并回答：

哪些可以还原原文？
哪些用于密码？
哪些用于 JWT？
为什么 JWT Payload 能被读取但不能随意修改？

验收重点：不要把编码、加密、哈希和签名混为一谈。

练习 2：实现注册接口

实现 POST /register：

用户名 3～64 个字符，统一小写。
密码 12～128 个字符。
用户名不能重复。
使用 argon2.hash() 和 argon2.argon2id。
响应中不得出现明文密码或密码哈希。

进一步思考：两个相同用户名同时注册，为什么“先查询再写入”仍不够？MySQL 应增加什么约束？

练习 3：实现登录接口

实现 POST /login：

使用 argon2.verify()。
账号不存在和密码错误返回同一提示。
成功后创建独立会话。
返回 15 分钟 Access Token 和 7 天 Refresh Token。

测试：正确密码、错误密码、不存在账号、异常哈希字符串。

练习 4：升级旧密码哈希

在密码验证成功后调用 argon2.needsRehash()：

需要升级时重新哈希。
更新数据库。
不能在验证失败时升级。

思考：为什么升级时不需要用户再次提供密码？

练习 5：实验 `decode()` 与 `verify()`

使用 jwt.sign() 生成 Token。
使用 jwt.decode() 读取 Payload。
手动修改 Payload 中的角色并重新进行 Base64URL 编码。
分别调用 decode() 和 verify()。

记录结果并解释为什么 decode() 不能用于身份认证。

练习 6：`expiresIn` 单位陷阱

分别签发：

{ expiresIn: 120 }
{ expiresIn: "120" }
{ expiresIn: "120s" }
{ expiresIn: "2m" }

使用 decode() 仅用于实验查看 iat 和 exp，计算每种 Token 的有效期。解释无单位字符串的风险。

练习 7：Bearer Token 解析器

编写 readBearerToken() 并测试：

Authorization: Bearer abc
Authorization: bearer abc
Authorization: Bearer
Authorization: Basic abc
Authorization: Bearer abc extra
Authorization:    Bearer    abc

定义每个输入应该返回 Token 还是 null。

练习 8：认证中间件

实现中间件并满足：

缺少 Token 返回 401。
Token 过期返回 401 和稳定错误码。
限制 algorithms: ["HS256"]。
检查 issuer 和 audience。
自定义 Payload 使用类型守卫检查。
未预期异常交给 Express 错误中间件。

禁止使用 any 和 jwt.decode() 进行认证。

练习 9：认证与授权

实现：

/profile：任意已登录用户可以访问。
/admin/users：只有管理员可以访问。

分别设计未登录、Token 无效、普通用户访问管理员接口时的状态码，并解释 401 与 403。

练习 10：Refresh Token Rotation

实现 /token/refresh：

数据库只保存 Refresh Token 的 SHA-256 摘要。
检查会话未撤销、未过期。
每次刷新签发新 Access Token 和 Refresh Token。
旧 Refresh Token 立即失效。

测试连续使用旧 Token 两次时，第二次必须失败。

练习 11：处理并发刷新

假设同一个 Refresh Token 同时发出两个请求：

解释内存实现为什么可能都成功。
设计数据库条件更新或事务。
说明如何根据受影响行数判断轮换是否成功。
讨论客户端遇到两个并发 401 时如何避免同时刷新。

这是前后端分离系统中非常高频的问题。

练习 12：单设备和全部设备退出

实现：

/logout：撤销 Refresh Token 对应会话。
/logout-all：撤销用户全部会话。

回答：为什么退出后旧 Access Token 可能仍可使用？怎样实现即时失效，代价是什么？

练习 13：修改密码后的会话策略

设计 POST /change-password：

验证旧密码。
哈希新密码。
撤销其他设备会话。
当前设备是保留还是撤销，由你选择并说明原因。
防止弱密码和重复提交。

练习 14：排查“总是返回 401”

列出并逐项排查：

请求头格式错误。
使用了错误 Secret。
issuer 不一致。
audience 不一致。
签发用 HS256，验证只允许 RS256。
Token 已过期。
服务器时钟明显不同步。
Payload 缺少 tokenType 或 sub。

要求日志不能打印完整 Token。

练习 15：CommonJS 与导入问题

结合当前 tsconfig.json 回答：

为什么源码能使用 import jwt from "jsonwebtoken"？
module: "commonjs" 对运行输出有什么影响？
esModuleInterop 在这里解决什么兼容问题？
为什么 argon2 不需要 @types/argon2？
若切换到真正 ESM，需要同步检查哪些配置和启动方式？

练习 16：设计数据库表

为 users 和 auth_sessions 编写 MySQL DDL，至少包含：

主键。
用户名唯一约束。
用户与会话外键。
Refresh Token 摘要唯一约束。
查询用户全部会话所需索引。
查询并清理过期会话所需索引。

解释 password_hash 和 refresh_token_hash 的长度选择。

练习 17：安全评审

评审下面的代码，找出尽可能多的问题：

app.post("/login", async (req, res) => {
  const user = users.find((item) => item.username === req.body.username);

  if (!user) {
    return res.status(404).json({ message: "账号不存在" });
  }

  if (user.password !== req.body.password) {
    return res.status(401).json({ message: "密码错误" });
  }

  const token = jwt.sign(
    {
      ...user,
      password: req.body.password,
    },
    "123456"
  );

  console.log("login", req.body, token);
  res.json({ token });
});

至少从密码存储、信息泄露、JWT Payload、Secret、过期时间、日志、输入校验、账号枚举和限流角度分析。

练习 18：生产化清单

把内存案例升级为 MySQL 版本，并补充：

事务与唯一约束。
登录和刷新限流。
Refresh Token 安全 Cookie。
CORS 与 CSRF 策略。
结构化日志脱敏。
会话清理任务。
Secret 轮换设计。
自动化测试。

不要一次引入复杂认证框架。先让每个安全决策都能被自己解释，再考虑抽象。

复盘问题

完成后，尝试不看文档回答：

argon2.verify() 和 jwt.verify() 同名，但分别在验证什么？
为什么 JWT 签名不是加密？
为什么 Access Token 应短期，而 Refresh Token 需要服务端状态？
为什么高熵 Refresh Token 可以使用 SHA-256 摘要，而密码不可以？
为什么退出登录后 Access Token 不一定立即失效？
为什么 verify() 成功后仍要检查 Payload 字段类型？
为什么生产刷新逻辑必须考虑并发？