JSON WEB TOKEN（JWT）详解以及JAVA项目实战

1.我们为什么要是用token

Token, 令牌，代表执行某些操作的权利，也就是我们进行某些操作的通行证。

1.1 在很久很久以前，我们使用什么做身份认证？

我们都知道 HTTP 是无状态（stateless）的协议：HTTP 对于事务处理没有记忆能力，不对请求和响应之间的通信状态进行保存。
使用 HTTP 协议，每当有新的请求发送时，就会有对应的新响应产生。协议本身并不保留之前一切的请求或响应报文的信息。这是为了更快地处理大量事务，确保协议的可伸缩性，而特意把 HTTP 协议设计成如此简单的。

可是，随着 Web 的发展，早期这种无状态的特性却带来了很多不方便性，比如说用户登录新浪微博，在登录页输入用户名、密码之后进入首页，但是由于 HTTP 是无状态的，HTTP 并不知道上一次的 HTTP 请求是否通过了验证，更无法得知当前用户的具体信息。

最简单的解决方案就是在所有的请求里面都带上用户名和密码，这样虽然可行，但是大大加重了服务器的负担（对于每个 request 都需要到数据库验证），而且用户也要每进入一个页面输入一次密码，毫无用户体验可言。
为此，引入了各种身份认证机制

1.1.1 Cookie & session

Cookie 是由 HTTP 服务器设置的，保存在浏览器中的小型文本文件，其内容为一系列的键值对

相对于保存在浏览器中的 Cookie，Session 是存储在服务器端的

Cookie 传递过程:

• 浏览器向某个 URL 发送请求
• 对应的服务器收到该 HTTP 请求，生成要发给浏览器的 HTTP 响应
• 在响应头中加入 Set-Cookie 字段，值为要设置的的Cookie
• 浏览器收到来自服务器的 HTTP 响应
• 浏览器在响应头中发现了 Set-Cookie 字段，就会将该字段的值保存在内存或者是硬盘中。
• 当下一次向该服务器发送 HTTP 请求时，会将服务器设置的 Cookie 附加在 HTTP 请求的字段 Cookie 中。
• 服务器收到这个 HTTP 请求之后，发现请求头中有 Cookie 字段，就知道了已经处理过这个用户的请求了。
• 过期的 Cookie 会被删除

基于Cookie-session的认证过程

• 用户输入登录信息
• 服务端验证登录信息是否正确，如果正确就在服务器端为这个用户创建一个 Session，并把 Session 存入数据库
• 服务器端会向客户端返回带有 sessionID 的 Cookie
• 客户端接收到服务器端发来的请求之后，看见响应头中的 Set-Cookie 字段，将 Cookie 保存起来
• 接下来的请求中都会带上这个 Cookie，服务器将 sessionID 和 数据库中的相匹配，如果有效则处理该请求
• 如果用户登出，Session 会在客户端和服务器端都被销毁

1.1.2 Cookie & session 的弊端

1. 由于Cookie 以及 session 需要存储在浏览器内存以及服务器内存中，请求增大时，资源消耗会很大
2. 基于cookie做身份认证，若浏览器屏蔽cookie，则造成很麻烦，需要另辟蹊径，使用url重写等方式
3. 对于分布式系统支持不好
4. cookie如果被截获，用户就会很容易受到跨站请求伪造的攻击。

1.2 基于token的鉴权方式

token在服务器时可以不用存储用户信息的，token传递的方式也不限于cookie传递。

当用户第一次访问服务器时，服务端通过算法，加密钥，生成一个token。通过BASE64编码后将token发送给客户端。

客户端将token保存起来，下次请求带着token，服务器收到请求会用相同的算法取验证toekn，如果通过就继续执行。

此时服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展

session为会话，token为令牌。

token解决了session扩展性差的问题

2. JWT

2.1 JWT结构

一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成，头部、载荷与签名依顺序用点号（"."）链接而成：1.header，2.payload，3.signature。

• Header（头部）
• Payload（负载）
• Signature（签名）

如下为一个 JWT字符串：

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHBpcmVUaW1lIjoxNTg5MDE0MzA2OTU0LCJkZXB0Ijoi5Yas6KW_55Oc5ZywIiwidXNlcm5hbWUiOiLlpKfopb_nk5wifQ.QSv0FcvNheiA3FW6OEah7jJKG4SG0ver3q67F0980rY

2.1.1 Header（头部）

eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9

使用base64解密后得到：

{"alg":"HS256"}

2.1.2 Payload（负载）

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用：、

• iss (issuer)：签发人
• exp (expiration time)：过期时间
• sub (subject)：主题
• aud (audience)：受众
• nbf (Not Before)：生效时间
• iat (Issued At)：签发时间
• jti (JWT ID)：编号

也可以自定义 ：

• username：大西瓜

JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

2.1.3 Signature（签名）

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。
使用指定加密算法以及仅服务器可知的 密钥（secret）对前两部分进行加密。

2.1.4 拼接

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以生成完整的JWT token了

2.2 JWT 的几个特点

• JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。
• JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。
• JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。
• JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。
• 为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

3. java中使用 JWT

本文使用 JJWT 来实现java环境 JWT 生成，解密操作

3.1 引入 JJWT maven依赖

目前最新版本 0.9.1

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
    <artifactId>jjwt</artifactId>
    <version>0.9.1</version>
</dependency>

3.2 配置 key

private static final String SALT = "0142add7c2664198863943f24bf4b8b9";

private static Key getKeyInstance() {
    SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;
    String apiKey = DatatypeConverter.printBase64Binary(SALT.getBytes());
    byte[] apiKeySecretBytes = DatatypeConverter.parseBase64Binary(apiKey);
    Key signingKey = new SecretKeySpec(apiKeySecretBytes, signatureAlgorithm.getJcaName());
    return signingKey;
}

3.3 生成token

public static String createJavaWebToken4JwtAuth(Map<String, Object> claims) {
    logger.info("生成的token为开始");
    String toekn = Jwts.builder().setClaims(claims).setExpiration(DateUtil.addSeconds(new Date(), 50))
            .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, getKeyInstance()).compact();
    logger.info("生成的token为：" + toekn);
    return toekn;
}

其中 官方Payload 中的属性都有对应api来配置，🌰中配置了 .setExpiration(DateUtil.addSeconds(new Date(), 50))

3.4 获取body部分

public static Map<String, Object> verifyJavaWebToken(String jwt) {
    try {
        Map<String, Object> jwtClaims =
                Jwts.parser().setSigningKey(getKeyInstance()).parseClaimsJws(jwt).getBody();
        return jwtClaims;
    } catch (Exception e) {
        logger.info(e.getMessage());
        return null;
    }
}

当当前时间超过配置的过期时间时，会后抛出异常

3.5 校验有效性方法

public static boolean isTokenEffect(String jwt) {
    if (StringUtils.isEmpty(jwt)) {
        return false;
    }
    Map<String, Object> claims = verifyJavaWebToken(jwt);
    if (null == claims) {
        logger.info("转换jwt失败！");
        return false;
    }
    return true;
}

3.6 使用

public static void main(String[] args)  {

    Map<String, Object> paramMap = new HashMap<>();
    paramMap.put("username", "大西瓜");
    paramMap.put("dept", "冬西瓜地");
    String tokens = JwtUtil.createJavaWebToken4JwtAuth(paramMap);
    System.out.println(tokens);
    System.out.println(isTokenEffect(tokens));

}

本文JwtUtil 已提交github到我的工具集 ytooo-util

我的工具集包含 常用字符串处理、日期处理、http请求封装、文件处理、请求体封装等常用工具

欢迎使用

<dependency>
  <groupId>ml.ytooo</groupId>
  <artifactId>ytooo-util</artifactId>
  <version>3.6.5</version>
</dependency>

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