作者：禅与计算机程序设计艺术
1.简介
随着移动应用的普及，越来越多的开发者开始关注到如何将其部署到App Store中发布，如何实现用户登录、注册等功能，并最终帮助App在市场上走向成功。然而在现实世界中，这其中存在很多难点需要解决，本文将会讨论构建可扩展、可靠的iOS应用程序时，如何安全、快速地进行用户验证以及授权。通过本文，读者能够了解到以下几点：
- 什么是Firebase？
- 用户身份认证（User Authentication）的必要性？
- 使用Firebase提供的认证服务，可以轻松地实现用户登录、注册功能吗？
- 为什么选择Firebase作为项目中的用户验证服务？
- 用户验证流程和原理？
- 提供安全保障的用户授权机制？
- 可扩展性和容错率如何影响用户验证性能？
- 设计好的用户验证系统的架构图？
- 当出现问题时该如何排查和处理？
2.基本概念术语说明
2.1 什么是Firebase？
Firebase是一个基于Google开发的一款云平台，提供了诸如数据存储、用户身份验证、消息推送等各种功能。它提供的所有服务都是免费的，而且目前已成为许多企业所采用的主要云服务之一。除此之外，还包括其Web SDK，可以用于前端开发者。
2.2 用户身份认证的必要性
随着互联网的发展，人们逐渐从线下活动转变成线上活动。传统的网站和服务器应用都无法满足人们需求，因为它们无法真正代表人类。为了让互联网服务更加便捷有效，就需要引入更多的人机交互，比如用户验证、授权等功能。
2.3 使用Firebase提供的认证服务，可以轻松地实现用户登录、注册功能吗？
是的！Firebase为iOS开发者提供了基于Google认证服务的完整解决方案，而且还可以很好地兼容第三方登录，使得整个验证体系相当强大。只需按照文档或示例代码配置好Firebase，就可以轻松地实现用户登录、注册功能。
2.4 为什么选择Firebase作为项目中的用户验证服务？
首先，Firebase是一个非常完备、可靠的产品。它的认证服务保证了用户信息的安全和私密，并且在验证过程中也有很多优化措施，可以避免暴力攻击或被盗号。其次，它可以与第三方登录（如Facebook、Twitter、GitHub）无缝集成，因此用户可以使用其他社交账号直接登录你的应用。第三，它提供有限额的免费额度，如果用户量较大，可以通过升级付费服务来增加认证服务的能力。最后，它还有一些独特的特性，例如推送通知、匿名统计等，可以为你的应用提供更好的用户体验。总而言之，选择Firebase作为项目中的用户验证服务是个不错的选择！
2.5 用户验证流程和原理？
用户验证过程如下：
- 用户注册或登陆应用程序；
- 如果用户第一次使用该应用程序，则会要求输入用户名、邮箱、密码和手机号码等个人信息；
- Firebase后台会对这些信息进行验证，确保信息的有效性；
- 如果验证成功，就会生成一个唯一的身份令牌，之后每次用户访问都会通过这个身份令牌确认身份；
- 在用户验证结束后，即可正常使用应用功能。
值得注意的是，用户身份验证并不是只有Firebase才有的功能，传统的网站或服务器应用也可以提供类似的服务。不过，由于各公司使用的技术栈不同，所以流程也可能会有所差别。
2.6 提供安全保障的用户授权机制？
用户授权是指用户在注册或登录成功后，得到授予特定权限的过程。授权机制的目的就是给用户提供足够的访问控制，限制他们的行为并防止恶意的或无效的请求。有两种类型的授权方式：
角色授权：管理员可以给某些用户分配不同的角色，根据角色的不同设置不同的权限。比如，普通用户只能查看自己的账户信息，管理员可以管理所有用户的权限。
条件授权：管理员可以指定特定条件（如IP地址、设备类型、登录时间等），只有满足这些条件的用户才能访问特定资源。
虽然提供用户授权功能并非绝对必要，但它可以极大地提高用户的体验，最大程度地减少风险。
2.7 可扩展性和容错率如何影响用户验证性能？
对于大型应用来说，验证服务的可扩展性和容错率至关重要。由于用户验证涉及到大量的数据存储、计算等操作，所以性能的瓶颈往往是网络连接或者数据库访问速度。
当用户量增长到一定数量级时，应当考虑以下几种优化方法：
缓存：把频繁访问的数据缓存在本地，降低数据库访问的压力。
分片：将用户分组存储，减少单台数据库服务器负载。
异步处理：采用异步的方式处理用户请求，充分利用CPU资源，提升响应能力。
另一方面，应当考虑容错机制，即定期检查和修复异常情况，提升服务的稳定性。
2.8 设计好的用户验证系统的架构图？
下图展示了一个设计好的用户验证系统的架构图，包含了几个主要模块：
服务端：包含了一个身份验证服务器（Auth Server），用来验证用户的身份信息。
客户端库：包含了用于与Auth Server通信的客户端库。
用户设备：包含了需要进行用户验证的用户设备。
应用：包含了一个需要用户验证的应用程序。
图中，应用的前端界面会调用客户端库，向Auth Server发送请求。Auth Server会对用户提交的信息进行验证，然后返回一个令牌。前端界面会保存这个令牌，并在后续的请求中带上它。这样，Auth Server和应用之间的通信就已经完成了。
3.具体代码实例和解释说明
3.1 配置Firebase项目
填写应用名称并点击“添加应用”，创建新的应用：
在应用概览页面中，找到“Firebase SDK snippet”，复制下面的代码片段：
将apiKey、projectId等字段替换成你自己项目对应的信息，然后将此代码片段加入你的HTML文件中。注意：这里假设您的项目域名为
3.2 创建用户验证视图控制器
创建LoginViewController.swift并添加以下代码：
import UIKitimport Firebaseclass LoginViewController: UIViewController { @IBOutlet weak var usernameField: UITextField! @IBOutlet weak var passwordField: UITextField! override func viewDidLoad() { super.viewDidLoad() // [START initialize_auth] let auth = Auth.auth() // [END initialize_auth] // Listen for auth state changes NotificationCenter.default.addObserver(self, selector:#selector(handleAuthStateChange), name:.FIRAuthStateChanged, object: nil) } deinit { NotificationCenter.default.removeObserver(self) } @objc func handleAuthStateChange() { if Auth.auth().currentUser!= nil { dismiss(animated: true, completion: nil) } else { print("User signed out") } } @IBAction func loginPressed(_ sender: AnyObject) { guard!usernameField.text?.isEmpty?? false && !passwordField.text?.isEmpty?? false else { return } // Sign in user with email and password DispatchQueue.main.async { self.loginWithEmailAndPassword() } } private func loginWithEmailAndPassword() { let email = usernameField.text! as NSString let password = passwordField.text! as NSString Auth.auth().signIn(withEmail: email, password: password) { (error) in if error!= nil { print("\(error!.localizedDescription)") } else { print("Successfully logged in!") } } }}首先，导入Firebase SDK和UIKit框架。然后，定义两个属性：usernameField，用来输入用户名；passwordField，用来输入密码。
在viewDidLoad()方法中，初始化了一个新的Auth对象，并监听Auth对象的状态变化。
在loginPressed()方法中，先判断用户名和密码是否都不为空。如果为空，则返回。否则，调用loginWithEmailAndPassword()方法进行用户登录。
loginWithEmailAndPassword()方法通过传入的用户名和密码，调用signIn(withEmail:password:completion)方法，尝试用电子邮件地址和密码进行登录。如果登录失败，打印错误信息；如果登录成功，打印一条成功日志。
3.3 实现用户注册功能
修改LoginViewController.swift的代码如下：
//...@IBAction func registerPressed(_ sender: AnyObject) { guard!usernameField.text?.isEmpty?? false && !passwordField.text?.isEmpty?? false else { return } DispatchQueue.main.async { self.registerNewAccount() }}private func registerNewAccount() { let email = usernameField.text! as NSString let password = passwordField.text! as NSString Auth.auth().createUser(withEmail: email, password: password) { (error, _) in if error!= nil { print("\(error!.localizedDescription)") } else { print("Successfully registered new account!") } }}在registerPressed()方法中，先判断用户名和密码是否都不为空。如果为空，则返回。否则，调用registerNewAccount()方法进行新用户注册。
registerNewAccount()方法通过传入的用户名和密码，调用createUser(withEmail:password:completion)方法，尝试创建一个新的用户帐户。如果注册失败，打印错误信息；如果注册成功，打印一条成功日志。
注意：当用户注册成功后，默认情况下不会自动登录，需要手动调用signIn(withEmail:password:completion)方法进行登录。
3.4 添加退出登录按钮
修改LoginViewController.swift的代码如下：
//...override func viewDidLoad() { //... // Set up logout button guard let logoutButton = navigationItem.rightBarButtonItem else { fatalError("Expected 'logout' bar button item but not found.") } logoutButton.title = "Logout" logoutButton.enabled = Auth.auth().currentUser!= nil NotificationCenter.default.addObserver(self, selector:#selector(handleAuthStateChange), name:.FIRAuthStateChanged, object: nil)}deinit { NotificationCenter.default.removeObserver(self)}func applicationWillResignActive(_ application: UIApplication) { Auth.auth().signOut()}@objc func handleAuthStateChange() { guard let currentUser = Auth.auth().currentUser else { updateUIForSignedOutUser() return } switch currentUser.providerType { case.email: updateUIForUserLoggedInUsingEmail() default: break }}func updateUIForSignedOutUser() { let currentVC = self.navigationController?.visibleViewController if let navController = currentVC as? UINavigationController, let viewControllers = navController.viewControllers, viewControllers[0].isKind(of: LoginViewController.self) { return } logoutButton.setTitle("Sign In", for:.normal) logoutButton.setEnabled(true)}func updateUIForUserLoggedInUsingEmail() { let currentVC = self.navigationController?.visibleViewController if let navController = currentVC as? UINavigationController, let viewControllers = navController.viewControllers, viewControllers[0].isKind(of: LoginViewController.self) { return } logoutButton.setTitle("Logout \(Auth.auth().currentUser!.email!)", for:.normal) logoutButton.setEnabled(true)}在viewDidLoad()方法中，设置一个右侧的退出按钮。通过调用Auth.auth().currentUser方法判断当前用户是否已登录。如果已登录，则设置按钮的标题为“Logout”，并禁用按钮；否则，设置按钮的标题为“Sign In”，并启用按钮。并在NotificationCenter监听Auth对象状态变化。
在applicationWillResignActive(_:)方法中，调用Auth.auth().signOut()方法，注销当前用户。
在handleAuthStateChange()方法中，更新右侧按钮的标题和可用性。当用户退出登录时，更新标题为“Sign In”，并启用按钮；当用户登录时，更新标题为“Logout”加上用户的电子邮箱地址，并禁用按钮。注意：这里只是简单的实现了用户退出登录的逻辑。
3.5 添加第三方登录支持
登录支持电子邮件和密码，还可以支持第三方登录，如Facebook、Twitter、GitHub等。首先，需要到Firebase控制台中添加对应的第三方应用，并获取相应的配置信息。修改LoginViewController.swift的代码如下：
//...let providers: [Provider] = [ .google(), .facebook(), .twitter(), .github()]//...private func setupThirdPartyLogins() { // Register third party authentication providers Auth.auth().providers = providers // Present an alert controller allowing the user to select their provider let alertController = UIAlertController(title: nil, message: "Please sign in using one of your social accounts:", preferredStyle:.alert) for provider in providers { let action = UIAlertAction(title: "\(provider.id)".capitalized, style:.default) { (_) in switch provider { case.google(): Auth.auth().signIn(with:.appleID(), presenting: self) case.facebook(): Auth.auth().signIn(with:.facebook(), presenting: self) case.twitter(): Auth.auth().signIn(with:.twitter(), presenting: self) case.github(): Auth.auth().signIn(with:.github(), presenting: self) } } alertController.addAction(action) } let currentVC = self.navigationController?.visibleViewController present(alertController, animated: true, completion: nil)}extension LoginViewController: FUIAuthPresentationDelegate { public func authUI(_ authUI: FUIAuth, didSignInWith provider: Provider, rawUserInfo: [String : String]) { DispatchQueue.main.async { self.dismiss(animated: true, completion: nil) if let userInfo = try? JSONSerialization.jsonObject(with: Data(rawUserInfo.data?? ""), options: []) as? [String : Any], let accessToken = (userInfo["accessToken"] as? String)?.addingPercentEncoding(withAllowedCharacters:.urlQueryAllowed)??"", let expiresAt = Double((userInfo["expirationDate"] as? Date)?.timeIntervalSince1970) { Auth.auth().setPersistenceEnabled(true) { _ in Auth.auth().signIn(withCustomToken: accessToken, expiresAt: Date(timeIntervalSince1970: expiresAt)) { (error) in if error == nil {print("User signed in with custom token from \(provider.id).") } else {print("\(error!.localizedDescription)") } } } } } }}首先，定义一个数组变量providers，里面包含了支持的三方登录方式。然后，在viewDidLoad()方法中，调用setupThirdPartyLogins()方法，设置登录选项。
setupThirdPartyLogins()方法先构造一个UIAlertController，显示一个标题和消息，询问用户使用哪一种第三方登录方式登录。对于每一种登录方式，构造一个UIAlertAction，用以触发对应的登录事件。调用signIn(with:presenting:)方法，启动登录流程。
当第三方登录成功后，回调authUI(_:didSignInWith:rawUserInfo:)方法，解析得到第三方提供的身份令牌和过期时间戳，构造自定义令牌，并调用signIn(withCustomToken:expiresAt:completion:)方法，尝试用自定义令牌登录。如果登录成功，打印成功日志；如果登录失败，打印错误信息。
3.6 实现用户授权机制
授权是保护应用资源的关键环节。当用户登录成功后，可以通过登录信息来获得相关的权限，比如管理员权限、普通用户权限等。本文以管理员权限为例，展示如何实现授权机制。
首先，修改LoginViewController.swift的代码如下：
//...var roles: [Role] = []//...enum Role: Int, CaseIterable { case admin case regular}struct UserData { var userId: String var role: Role var otherInfo: [String: Any]?}var usersDatabase: DatabaseReference?lazy var db: DatabaseReference { guard let reference = usersDatabase else { fatalError("Could not access database.") } return reference}//...func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool { //... // Configure Firestore database FirebaseFirestore.firestore().settings.isPersistenceEnabled = true // Get references to user data in Firestore database guard let firestoreDb = PersistenceManager.firestoreDb, let mainUserId = Auth.auth().currentUser?.uid else { fatalError("Could not get persistence manager or current user ID.") } let userDataCollection = firestoreDb.collection("users").document(mainUserId) usersDatabase = userDataCollection fetchUserData { [weak self] (userData) in if let userData = userData { self?.roles = [userData.role] } self?.updateUI() } //...}func fetchUserData(completion: @escaping (_ userData: UserData?) -> Void) { guard let documentSnapshot = db.get() else { completion(nil) return } guard let userDataDict = documentSnapshot.data() as? [String: Any] else { completion(nil) return } guard let roleRawValue = userDataDict["role"], let roleInt = Int(roleRawValue as Any) else { completion(nil) return } guard let role = Role(rawValue: roleInt), let userId = documentSnapshot.reference.parent?.id, let otherInfoDict = userDataDict["otherInfo"] as? [String: Any] else { completion(nil) return } let userData = UserData(userId: userId, role: role, otherInfo: otherInfoDict) completion(userData)}func updateUI() { if let selectedIndex = Array(Role.allCases).firstIndex(where: { $0 == roles.first }), let indexPath = IndexPath(item: selectedIndex, section: 0), let tableView = view.subviews.filter({$0 is UITableView}).first as? UITableView, let cell = tableView.cellForRow(at: indexPath) as? UITableViewCell, let label = cell.contentView.subviews.first as? UILabel { label.textColor =.red } if roles.contains(.admin) { navigationItem.leftItemsSupplementBackButton = false } else { navigationItem.leftItemsSupplementBackButton = true }}首先，定义了一个枚举Role，用来表示用户角色，包含两个选项：admin和regular。然后，定义了一个结构体UserData，用来存储用户ID、角色和其他信息。
在fetchUserData(completion:)方法中，读取用户数据集合中的当前用户的数据，解析出用户ID、角色和其他信息。并构造一个UserData对象，并传递给完成闭包。
在updateUI()方法中，动态设置导航栏左边按钮的颜色。如果当前用户角色中包含管理员权限，则取消隐藏它；否则，隐藏左边按钮。
3.7 优化用户验证性能
当用户量较大时，应当考虑优化用户验证的性能。首先，修改LoginViewController.swift的代码如下：
//...lazy var cache: NSCache = { [unowned self] in let cache = NSCache() return cache}()override func viewDidLoad() { //... usersDatabase?.addSnapshotListener { (snapshot, error) in guard snapshot!= nil, error == nil else { return } let query = Query(reference: snapshot!.reference!) query.getDocuments { (querySnapshot, error) in guard error == nil else { return } self.cache.removeAllObjects() for doc in querySnapshot! { let userData = UserData(userId: doc.reference.parent?.id!, role:.admin, // Assume all users are admins for simplicity otherInfo: ["displayName": doc["displayName"]]) self.cache.setObject(userData, forKey: doc.reference.path) } } } //...}//...private func getUserByUID(uid: String, completion: @escaping (_ userData: UserData?) -> ()) { let path = uid let cachedUserData = cache.object(forKey: path) as? UserData if let userData = cachedUserData { completion(userData) return } guard let documentSnapshot = db.child(path).get() else { completion(nil) return } guard let displayName = documentSnapshot.data()["displayName"] as? String, let roleRawValue = documentSnapshot.data()["role"], let roleInt = Int(roleRawValue as Any) else { completion(nil) return } guard let role = Role(rawValue: roleInt) else { completion(nil) return } let userData = UserData(userId: uid, role: role, otherInfo: ["displayName": displayName]) cache.setObject(userData, forKey: path) completion(userData)}func validateCurrentUser() { if let currentUserID = Auth.auth().currentUser?.uid { getUserByUID(currentUserID) { [weak self] (userData) in guard let userData = userData else { return } self?.roles = [userData.role] self?.updateUI() } }} 首先，创建了一个NSCache对象，用来缓存用户数据。在viewDidLoad()方法中，监听用户数据集合的变化，并把用户数据缓存起来。
在getUserByUID(uid:completion:)方法中，优先从缓存中获取用户数据，否则从数据库中读取用户数据。并构造一个UserData对象，并传递给完成闭包。
在validateCurrentUser()方法中，优先从缓存中获取当前用户的数据，否则从数据库中读取当前用户的数据。并刷新roles数组，并调用updateUI()方法。
4.未来发展趋势与挑战
4.1 更多第三方登录方式
目前，Firebase仅支持微信、微博、QQ、Facebook、GitHub等五种主要的第三方登录方式，但随着社会发展，更多的第三方登录方式将会涌入市场，比如华为、百度、微软、腾讯、阿里巴巴等。
为此，我们建议构建适合各种场景的统一登录方式，支持众多的第三方登录方式。为达到这一目标，我们建议基于Firebase基础能力，结合第三方SDK开发，构建开放的认证系统，同时开放API接口，让开发者可以轻松接入各个第三方登录SDK。
另外，除了授权管理之外，还可以在用户验证流程中加入一系列的安全机制，比如二次验证码校验、滑动验证、手机号验证等。在这些机制的帮助下，用户登录过程将变得更加安全、可信。
4.2 密钥泄露与恢复机制
由于Firebase的身份验证依赖于密钥信息，如果密钥泄露或被攻击者获取，那么攻击者就可以冒充受害者，冒充受害者进行交易、买卖等，导致严重经济损失。因此，为防范密钥泄露，我们建议为Firebase分配多个主密钥，并且每个用户只能拥有一个主密钥。当某个主密钥泄露时，我们可以通过将泄露的密钥标记为不可用，并对其他主密钥重新加密用户数据，来降低用户的损失。
4.3 身份验证漏洞与滥用问题
随着移动应用的普及，越来越多的用户发现了安全漏洞，这些安全漏洞可能会导致用户信息泄露、手机被盗、钱财被盗等一系列的问题。为此，我们建议 Firebase 团队对整个身份验证流程做好评估和监控工作，确保其安全性和可用性。如发现任何漏洞，Firebase 将积极响应，采取紧急补救措施。
来源地址：https://blog.csdn.net/universsky2015/article/details/132843634
