为什么JWT要结合Redis使用

JWT和Redis结合使用的深入探讨

JWT (JSON Web Token) 是一种紧凑、自我包含的方式，用于在各方之间安全地传输信息。JWT 基于标准 RFC 7519，其中包含了以 JSON 格式存储的信息。其主要优势在于无状态性，能够减少服务器存储压力。JWT 的信息通过数字签名加密，可以由持有者验证信息的完整性。然而，JWT 的无状态性在某些情况下也可能带来一定的安全和性能问题，这就是为什么在开发实践中，经常将 Redis 引入到 JWT 的实现中。

JWT的无状态性问题

JWT 的设计初衷是无状态，这意味着当服务器签发一个 JWT 后，服务器端不会维护该 JWT 的状态。虽然这种设计减轻了服务器的负担，但在一些特殊场景下可能会带来以下几个问题：

问题 1：无法撤销已签发的 JWT

当用户登出或 JWT 被盗用时，JWT 并不会在服务器端被撤销。也就是说，尽管用户希望登出或重新生成令牌，攻击者仍然可以使用原始 JWT 直到它过期。例如：

用户登出：通常，JWT 不会因为用户的登出而失效，攻击者依然能够使用盗取的 JWT 进行操作。
JWT 被盗：JWT 一旦被盗，攻击者可以在其有效期内持续使用。

解决方法： 我们可以使用 Redis 来记录 JWT 的状态。每次请求到达服务器时，除了验证 JWT 的签名外，还要检查该 JWT 是否在 Redis 中被标记为无效。这样，攻击者即使窃取了 JWT 也无法继续使用。

问题 2：无法动态修改权限

JWT 中可能包含用户的角色、权限等信息。如果用户的权限发生了改变（例如被授予管理员权限），但 JWT 在过期前仍然使用旧的权限信息，这可能导致权限的滥用或功能限制。

解决方法： 可以将用户的权限信息存储在 Redis 中，每次请求时通过 Redis 校验最新的权限信息，而不依赖 JWT 本身的内容。

Redis的作用

Redis 是一个开源的内存数据库，通常用作缓存或数据存储系统。结合 JWT，Redis 可以弥补 JWT 的无状态性带来的不足。下面详细分析 Redis 如何提升 JWT 的安全性和性能。

1. 管理 JWT 的有效性

将 JWT 的 ID（如 jti，JWT ID）存储在 Redis 中，标记该 JWT 的有效期与状态。当 JWT 被签发时，将其 jti 与过期时间写入 Redis，登出或其他特殊操作时，可通过修改 Redis 中的记录使该 JWT 无效。这样，无论 JWT 是否在其有效期内，只要服务器发现它在 Redis 中被标记为无效，就会拒绝该 JWT 的请求。

流程图：JWT 有效性验证和撤销流程

st=>start: 用户请求
jwtv=>condition: 验证JWT签名?
valid=>condition: JWT在Redis中有效?
deny=>operation: 拒绝请求
allow=>operation: 允许访问
end=>end: 完成

st->jwtv(yes)->valid(yes)->allow->end
jwtv(no)->deny->end
valid(no)->deny

2. 存储用户的状态和权限信息

JWT 本质上是自我包含的，这意味着它在创建时将包含所有用户信息。如果需要频繁读取某些用户状态或权限信息（例如，用户角色），频繁地解码 JWT 或查找数据库都会影响系统性能。而 Redis 可以缓存这些信息，在用户登录时将角色和权限等信息存储在 Redis 中，后续请求可以直接从 Redis 中读取，减少数据库的压力。

用户权限缓存逻辑示例

登录时： 将用户的角色和权限信息缓存到 Redis。
请求时： 检查 Redis 中的权限信息，避免每次解码 JWT 或访问数据库。

Redis的优势

高效性：Redis 是内存数据库，读取速度极快，适合存储用户状态、权限等经常访问的数据。
可扩展性：Redis 支持集群，能轻松处理大规模并发访问。
易于使用：通过简单的键值对存储，Redis 可以方便地与 JWT 结合，保持用户的状态信息。

JWT 与 Redis 结合的最佳实践

1. 存储 JWT 的唯一标识符

JWT 通常会包含一个 jti（JWT ID），这是每个 JWT 的唯一标识符。当 JWT 被创建时，将其 jti 和过期时间存储在 Redis 中。Redis 的 TTL（生存时间）机制会确保记录会自动过期，无需手动管理。

示例：存储 jti 在 Redis 中

# 假设有一个 Redis 连接对象 redis_conn
jti = jwt_payload['jti']
expiration_time = jwt_payload['exp'] - current_time

# 存储在 Redis 中
redis_conn.set(jti, "valid", ex=expiration_time)

解释：

jti 是 JWT 的唯一标识符。
expiration_time 表示该 JWT 的过期时间。
redis_conn.set() 将 jti 存储在 Redis 中，并设置其过期时间。

2. 在每次请求中验证 JWT 状态

每当服务器收到带有 JWT 的请求时，不仅要验证 JWT 的签名，还要查询 Redis 中该 jti 的状态。如果在 Redis 中找不到该 jti 或其状态为“无效”，则拒绝请求。

示例：验证 JWT 状态

jti = jwt_payload['jti']
jti_status = redis_conn.get(jti)

if jti_status is None:
    # JWT 在 Redis 中不存在，拒绝访问
    raise InvalidTokenError("Token has been revoked or expired")

3. 用户登出时使 JWT 失效

当用户登出时，将该用户的 JWT 在 Redis 中标记为无效。即使 JWT 本身的有效期未到，由于 Redis 中的记录已更新，该 JWT 也会被视为无效。

示例：登出时撤销 JWT

# 将 JWT 标记为无效
redis_conn.set(jti, "revoked")

JWT 和 Redis 结合的优缺点对比表

特性	JWT	JWT + Redis
状态管理	无状态	有状态，通过 Redis 管理
撤销机制	无法撤销	可以通过 Redis 使 JWT 失效
性能	高，所有信息保存在 JWT 内部	略有降低，需要访问 Redis
安全性	安全性较弱，JWT 被盗用后无法阻止	安全性增强，可在 Redis 中撤销或修改 JWT
用户状态信息获取	需要解码 JWT 或访问数据库	直接从 Redis 获取，性能更优

总结

JWT 是一种无状态的认证方式，适合用于分布式系统，能够减轻服务器的压力，但由于其无状态性，可能会带来安全和管理上的问题。而通过将 Redis 与 JWT 结合使用，可以弥补 JWT 的不足，增加系统的安全性和灵活性。Redis 不仅能够存储和管理 JWT 的状态，还能缓存用户的权限和状态信息，大幅度提高系统性能，尤其是在高并发的场景下。

重要点总结：

JWT 是无状态的，无法撤销或修改，结合 Redis 可以有效解决此问题。
使用 Redis 可以提高系统性能，减少数据库压力，增强系统的扩展性。
Redis 可以帮助实现 JWT 的实时管理，例如用户登出后撤销 JWT 或动态修改用户权限。

结合 JWT 与 Redis，开发人员可以构建更加安全、灵活、高效的分布式系统，确保数据传输的可靠性和系统的性能。