JWT认证方案与禁用令牌策略

认证方案

1.1 jwt

• 对比状态保持机制

  • APP不支持状态保持
  • 状态保持有同源策略, 无法跨服务器传递

• 不可逆加密

  • md5 sha1 sha256
  • 主要用于数据认证, 防止数据被修改

• 消息摘要 MD

  • 通过哈希算法将任意长度内容转为定长内容, 且相同内容的哈希值始终相同, 不同内容的哈希值不同(极小概率出现碰撞)
  • 由于其唯一性, 一般将数据的哈希值称为数据的摘要信息, 称为数据的"指纹", 用于检测数据是否被修改
  • 代表算法 sha1 sha256 md5
  • 缺点
    • 哈希算法是公开的, 如果可以获取到明文, 就可以穷举出使用的算法

• 消息认证 MA

  • 哈希算法基础上混入秘钥, 防止哈希算法被破解, 避免签名被伪造
  • 代表算法 hmacsha256
  • JWT一般会采用 消息认证 机制
    • 一般的web应用, 不会将秘钥交给客户端 ,也就表示客户端不会验签服务器的身份
  • 缺点
    • 一旦秘钥泄露, 仍然可以伪造签名

• 数字签名

  • 利用非对称加密对摘要信息进行加密, 避免摘要信息被伪造
  • 非对称加密采用秘钥对
    • 公钥和私钥
    • 公钥加密, 私钥解密
    • 私钥加密, 公钥解密
    • 私钥可以推出公钥, 公钥无法推出私钥
  • 发送者使用私钥对数据摘要加密(签名), 接收者使用对应的公钥解密, 然后对数据进行哈希处理, 比对摘要信息是否一致
  • 代表算法 RSA
  • 使用场景
    • 安全级别要求比较高的系统, 如银行等
  • 优点
    • 客户端不会像消息认证一样保存秘钥, 而是保存了非对称加密的公钥, 即使客户端被破解, 公钥被获取, 也无法通过公钥生成合法的签名
  • 缺点
    • 效率低

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1.2 PyJWT

• 安装 pip install PyJWT

import jwt
from datetime import datetime, timedelta
from jwt import PyJWTError

# 包装数据  jwt的规范中要求通过exp参数来设置有效期, 要求有效期使用格林尼治时间
payload = {'payload': 'test', 'exp': datetime.utcnow() + timedelta(seconds=30)}

key = 'secret'
# # 生成jwt
# token = jwt.encode(payload, key, algorithm='HS256')
# print(token)


token = b'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJwYXlsb2FkIjoidGVzdCIsImV4cCI6MTU2MjgwOTkzMn0.BSc0A2ibdjHTlmW7wtWfj5ZGkny8RX8tV12313'
# 验证jwt    pyjwt内部对有效期进行了验证, 如果超过时间, 会报错
try:
    ret = jwt.decode(token, key, algorithms='HS256')
    print(ret)
except PyJWTError as e:
    print("jwt认证失败")

• 数字签名
  • 使用openssl 生成RSA秘钥对

# 生成私钥，指定私钥的长度为2048bit   1024基本安全, 2048非常安全
openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 2048
# 根据私钥生成对应的公钥
openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key_2048.pub
# 私钥转化成pkcs8格式, 非必须，pkcs8格式解析起来更方便
openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in rsa_private_key.pem -outform PEM -nocrypt > rsa_private_key_pkcs8.pem

import jwt

"""服务器使用私钥生成签名  对数据摘要加密 称为 签名"""
# with open('rsa_private_key_pkcs8.pem', 'rb') as f:
#     private_key = f.read()
#     # 生成数字签名
#     encoded = jwt.encode({'some': 'payload'}, private_key, algorithm='RS256')
#     print(encoded)


"""客户端用公钥验签"""
encoded = b'eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJSUzI1NiJ9.eyJzb21lIjoicGF5bG9hZCJ9.S3gxuFvPiYk2752deTDm6qupj53S0b_-WvFZLKnWzLgDTFjFF_uiwmI6GAT1mKaNvWIyxFQ1PMUPxjkdLuJpGbN3hpHM_eKaQNm_RTvY8UUh6tvq8kpH4FAF2WOglwQK9f3nS8R73PrYhQFDHcfSEBWoJJPva_Pb3YEPMawUTPmd8aeS2uma4n9JqaZwCWm1GE-6S0lKNHp7ZWMlxb5E1R_FgSLIiE3qQq-mWsweyMRtsyCBCaB1W6Y24EYuDW0KHu6k6jGZdwwABVuwyKXKVTTf_XvxM3X41ggpY6mkarSXZsF3-Aw_jWOUBHy9VBHfPCeklur6oMfyGT4FQzkcQQ'


with open('rsa_public_key_2048.pub', 'rb') as f:
    public_key = f.read()
    decoded = jwt.decode(encoded, public_key, algorithms='RS256')
    print(decoded)

1.3 JWE

• 可逆加密

  • 对称加密
    • 代表算法 des 3des aes
    • 快
  • 非对称加密
    • 代表算范 rsa
    • 慢, 不适合大型数据加密
    • 加密时, 一般公钥加密, 私钥解密, 与签名相反
    • 一般私有只有一方持有, 公钥则可以多方持有(公钥公开)
    • 私钥唯一, 使用私钥签名, 公钥验签, 可以保证签名者身份唯一
      • 加密时, 私钥解密, 保证可以解密者唯一
    • 生成方式 openssl
  • 主要用于数据加密

• 最佳方案 (JWE)

  • 传输的数据使用对称加密, 生成数据密文, 对称加密秘钥是随机的
  • 为了防止数据篡改, 对数据密文进行摘要认证(一般使用消息认证), 摘要认证的秘钥也是随机的
  • 对称加密的秘钥 和 摘要认证的秘钥 使用非对称加密进行处理
  • JWE的耗时远高于JWS
  • 用于金融领域

• 安装 pip install authlib

from authlib.jose import JWE
from authlib.jose import JWE_ALGORITHMS

# 创建JWE对象
jwe = JWE(algorithms=JWE_ALGORITHMS)

# 设置头部信息 指定算法
protected = {'alg': 'RSA-OAEP', 'enc': 'A256GCM'}
# 明文数据
# payload = b'hello'
# 获取到非对称加密的公钥
# with open('rsa_public_key_2048.pub', 'rb') as f:
#     key = f.read()

# 加密数据
# s = jwe.serialize_compact(protected, payload, key)
# print(s)



s = b'eyJhbGciOiJSU0EtT0FFUCIsImVuYyI6IkEyNTZHQ00ifQ.whFm08vAVhN-BvuRq3BXOqUcw3NnFAAHVswHuqc-JQdixCODernvAQdCDQSlEOmJHhNNm_h1bgji2fctSxY-PDnKv17yCX7IJhDzKLY443NysapeYzku8IAOTPuYV-mE5rk0nCP_u76o8i-kAhmV0OgO19WXgDftqL84zypeBIRmV4w5KaTLGWhU7uOpszHokkTcf1TdXChu7dRcStIekb68-FP5ZmOhAKk8azILH871u290LbIDVowp69tARQJzEzAawiQ7kPmj03XtLQEF6SZgrhH585jQK_hh-NkiMVUiW8GCYPdGLKH8WQoaZionZXrK1ISdAc6RSa3cEiwzGA.AA9nf4X2ftxbp8Ec.kHgOI1E.9Oa_IHyqfdLJ1mCzXopI9g'

with open('rsa_private_key_pkcs8.pem', 'rb') as f:
    # 获取非对称加密的私钥 用于解密
    key = f.read()
    data = jwe.deserialize_compact(s, key)
    jwe_header = data['header']
    payload = data['payload']
    print(jwe_header, payload)

1.4 refresh token

1.4.1 刷新token实现流程

• 特点
  • 访问令牌虽然使用频繁, 但是有效期短, 只有两个小时
  • 刷新令牌有效期长, 但是访问次数少, 可以减少泄露的风险

1.4.2 登录接口

• 接口设计

• 视图逻辑

• 生成令牌

1.4.3 访问控制

• 对于所有的接口都需要获取认证信息 使用请求钩子实现
• 对于指定的接口进行访问控制 使用装饰器
• 请求钩子和装饰器

1.4禁用令牌

• 需求场景
  • 用户修改密码, 需要颁发新的token, 禁用还在有效期的旧token
  • 后台封禁用户
• 逻辑
  • 禁用旧密码的令牌

import random

from redis import StrictRedis

redis_client = StrictRedis()

user_id = 111
key = 'user:{}'.format(user_id)
token = None  # 记录token


def update_pwd():
    """修改密码"""
    print('修改完成密码')

    # 先删除已有的白名单
    if redis_client.exists(key):
        redis_client.delete(key)

    # 将修改了密码的用户记录到白名单中
    redis_client.sadd(key, 1)
    # 设置有效期
    redis_client.expire(key, 60 * 60 * 2)


def login():
    """登录"""
    print('登录成功')

    # 生成新的token
    global token
    token = random.randint(100, 999)

    # 判断是否有该用户对应的白名单
    if redis_client.exists(key):
        # 将token加入到白名单中
        redis_client.sadd(key, token)


def verify():
    """校验认证"""
    print('验证token成功')
    # 判断该用户是否有白名单(如果有, 说明修改过密码)
    if redis_client.exists(key):
        # 判断该token是否在白名单中
        if redis_client.sismember(key, token):
            # 如果在, 允许访问
            print("是新token, 允许访问")
        else:
            # 如果不在, 重新登录
            print('是旧token, 需要重新登录')
    else:
        print("没有修改过密码. 允许访问")

if __name__ == '__main__':
    update_pwd()
    login()
    verify()