【Node】使用 koa2 实现一个简单JWT鉴权

JWT 简介

什么是 JWT

全称 JSON Web Token， 是目前最流行的跨域认证解决方案。基本的实现是服务端认证后，生成一个 JSON 对象，发回给用户。用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。

该 JSON 类似如下：

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

为什么需要 JWT

先看下一般的认证流程，基于 session_id 和 Cookie 实现

1、用户向服务器发送用户名和密码。
2、服务器验证通过后，在当前对话（session）里面保存相关数据，比如用户角色、登录时间等等。
3、服务器向用户返回一个 session_id，写入用户的 Cookie。
4、用户随后的每一次请求，都会通过 Cookie，将 session_id 传回服务器。
5、服务器收到 session_id，找到前期保存的数据，由此得知用户的身份。

但是这里有一个大的问题，假如是服务器集群，则要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。这个实现成本是比较大的。

而 JWT 转换了思路，将 JSON 数据返回给前端的，前端再次请求时候将数据发送到后端，后端进行验证。也就是服务器是无状态的，所以更加容易拓展。

JWT 的数据结构

JWT 的三个部分依次如下:

• Header（头部），类似如下

{
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

alg 属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）。typ 属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为 JWT

• Payload（负载）。也是一个 JSON，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了 7 个官方字段。如下所示

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

当然也可以自定义私有字段。但是要注意，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。

• Signature（签名）。Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

HMACSHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  secret)

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，就可以返回给用户。如下所示

JWT 的安全

• JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT
• 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

Node 简单demo—— Koa JWT 的实现

说完理论知识，我们来看下如何实现 JWT，大致的流程如下：

首先，用户登录后服务端根据用户信息生成并返回 token 给到客户端，前端在下次请求中把 token 带给服务器，服务器验证有效后，返回数据。无效的话，返回 401 状态码

这里我们用 Node 实现，主要用到的两个库有

• jsonwebtoken，可以生成 token，校验等
• koa-jwt 中间件 对 jsonwebtoken 进一步的封装，主要用来校验 token

快速搭建一个 koa 项目

发现官方目前没有一个快速搭建 koa 项目的方式，像 Vue-cli 一样。（可能是搭建一个 koa 项目成本也很低）。但懒人的我，还是找到了一个工具 —— koa-generator，使用也相对简单，如下

• 安装

npm install -g koa-generator

• koa2 my-project 新建一个叫做 my-project 的koa2 项目
• cd my-project 和 npm install
• 启动项目 npm start
• 打开 localhost:3000

生成 Token

为了演示方便，我这里直接定义了变量 userList 存储用户的信息，真实应该是存放在数据库中的。

const crypto = require("crypto"),
  jwt = require("jsonwebtoken");
// TODO:使用数据库
// 这里应该是用数据库存储，这里只是演示用
let userList = [];

class UserController {
  // 用户登录
  static async login(ctx) {
    const data = ctx.request.body;
    if (!data.name || !data.password) {
      return ctx.body = {
        code: "000002", 
        message: "参数不合法"
      }
    }
    const result = userList.find(item => item.name === data.name && item.password === crypto.createHash('md5').update(data.password).digest('hex'))
    if (result) {
      const token = jwt.sign(
        {
          name: result.name
        },
        "Gopal_token", // secret
        { expiresIn: 60 * 60 } // 60 * 60 s
      );
      return ctx.body = {
        code: "0",
        message: "登录成功",
        data: {
          token
        }
      };
    } else {
      return ctx.body = {
        code: "000002",
        message: "用户名或密码错误"
      };
    }
  }
}

module.exports = UserController;

通过 jsonwebtoken 的 sign 方法生成一个 token。该方法第一个参数指的是 Payload（负载），用于编码后存储在 token 中的数据，也是校验 token 后可以拿到的数据。第二个是秘钥，服务端特有，注意校验的时候要相同才能解码，而且是保密的，一般而言，最好是定公共的变量，这里只是演示方便，直接写死。第三个参数是 option，可以定义 token 过期时间

客户端获取 token

前端登录获取到 token 后可以存储到 cookie 中也可以存放在 localStorage 中。这里我直接存到了 localStorage 中

login() {
  this.$axios
    .post("/api/login", {
      ...this.ruleForm,
    })
    .then(res => {
      if (res.code === "0") {
        this.$message.success('登录成功');
        localStorage.setItem("token", res.data.token);
        this.$router.push("/");
      } else {
        this.$message(res.message);
      }
    });
}

封装 axios 的拦截器，每次请求的时候把 token 带在请求头发送给服务器进行验证。这里如果之前放在 Cookie 中，可以让它自动发送，但是这样不能跨域。所以推荐做法是放在 HTTP 请求头 Authorization 中，注意这里的 Authorization 的设置，前面要加上 Bearer 。详情可以见 Bearer Authentication

// axios 请求拦截器处理请求数据
axios.interceptors.request.use(config => {
  const token = localStorage.getItem('token');
  config.headers.common['Authorization'] = 'Bearer ' + token; // 留意这里的 Authorization
  return config;
})

校验 token

使用 koa-jwt 中间件进行验证，方式比较简单，如下所示

// 错误处理
app.use((ctx, next) => {
  return next().catch((err) => {
      if(err.status === 401){
          ctx.status = 401;
        ctx.body = 'Protected resource, use Authorization header to get access\n';
      }else{
          throw err;
      }
  })
})

// 注意：放在路由前面
app.use(koajwt({
  secret: 'Gopal_token'
}).unless({ // 配置白名单
  path: [/\/api\/register/, /\/api\/login/]
}))

// routes
app.use(index.routes(), index.allowedMethods())
app.use(users.routes(), users.allowedMethods())

需要注意的是以下几点：

• secret 必须和 sign 时候保持一致
• 可以通过 unless 配置接口白名单，也就是哪些 URL 可以不用经过校验，像登陆/注册都可以不用校验
• 校验的中间件需要放在需要校验的路由前面，无法对前面的 URL 进行校验

演示

• 如果直接访问需要登录的接口，则会 401

• 先注册，后登录，不然会提示用户名或者密码错误

• 登录后带上 Authorization，可以正常访问，返回 200 以及正确的数据

总结

本文总结了关于 JWT 鉴权相关的知识，并提供了一个 koa2 实现的简单 demo，希望对大家有所帮助。

受制于篇幅，有机会单独说下 koa-jwt 的源码，也相对比较简单~

本文 demo 地址: Client 和 Server

参考

• JSON Web Token 入门教程
• Node.js 应用：Koa2 使用 JWT 进行鉴权