网络通信和IO（10）：JWT详解、JWT与Session Cookie使用区别

JSON Web Token 和 Session Cookies 的对比

JSON Web Token ，简称 JWT，它和 Session都可以为网站提供用户的身份认证，但是它们不是一回事。下面是 JWT 和 Session 不同之处的研究

JWT 和 Session Cookies 的相同之处

在探讨 JWT 和 Session Cookies 之前，有必要需要先去理解一下它们的相同之处。

它们既可以对用户进行身份验证，也可以用来在用户单击进入不同页面时以及登陆网站或应用程序后进行身份验证。

如果没有这两者，那你可能需要在每个页面切换时都需要进行登录了。因为HTTP是一个无状态的协议。这也就意味着当你访问某个网页，然后单击同一站点上的另一个页面时，服务器的内存中将不会记住你之前的操作。

因此，如果你登录并访问了你有权访问的另一个页面，由于 HTTP 不会记录你刚刚登录的信息，因此你将再次登录。

JWT 和 Session Cookies 就是用来处理在不同页面之间切换，保存用户登录信息的机制

也就是说，这两种技术都是用来保存你的登录状态，能够让你在浏览任意受密码保护的网站。通过在每次产生新的请求时对用户数据进行身份验证来解决此问题。

所以 JWT 和 Session Cookies 的相同之处是什么？那就是它们能够支持你在发送不同请求之间，记录并验证你的登录状态的一种机制。

什么是 Session Cookies

Session Cookies 也称为会话 Cookies，在 Session Cookies 中，用户的登录状态会保存在服务器的内存中。当用户登录时，Session 就被服务端安全的创建。

在每次请求时，服务器都会从会话 Cookie 中读取 SessionId，如果服务端的数据和读取的 SessionId 相同，那么服务器就会发送响应给浏览器，允许用户登录。这是前文中的知识点

什么是JWT

Json Web Token 的简称就是 JWT，是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于JSON的开放标准（(RFC 7519)，通常可以称为 Json 令牌。定义了一种简洁的，自包含的方法用于通信双方之间以JSON对象的形式安全的传递信息。

JWT 中存储的信息是经过数字签名的，因此可以被信任和理解。可以使用 HMAC 算法或使用 RSA/ECDSA 的公用/专用密钥对 JWT 进行签名。

使用 JWT 主要用来下面两点

• 认证(Authorization)：这是使用 JWT 最常见的一种情况，一旦用户登录，后面每个请求都会包含 JWT，从而允许用户访问该令牌所允许的路由、服务和资源。单点登录是当今广泛使用 JWT 的一项功能，因为它的开销很小。

• 信息交换(Information Exchange)：JWT 是能够安全传输信息的一种方式。通过使用公钥/私钥对 JWT 进行签名认证。此外，由于签名是使用 head 和 payload 计算的，因此你还可以验证内容是否遭到篡改。

JWT请求流程

1.用户使用账号和密码发出post请求；

2.服务器使用私钥创建一个jwt；

3.服务器返回这个jwt给浏览器；

4.浏览器将该jwt串在请求头中像服务器发送请求；

5.服务器验证该jwt；

6.返回响应的资源给浏览器。

JWT的主要应用场景

身份认证在这种场景下，一旦用户完成了登陆，在接下来的每个请求中包含JWT，可以用来验证用户身份以及对路由，服务和资源的访问权限进行验证。由于它的开销非常小，可以轻松的在不同域名的系统中传递，所有目前在单点登录（SSO）中比较广泛的使用了该技术。

信息交换在通信的双方之间使用JWT对数据进行编码是一种非常安全的方式，由于它的信息是经过签名的，可以确保发送者发送的信息是没有经过伪造的。

优点

• 简洁(Compact): 可以通过URL，POST参数或者在HTTP header发送，因为数据量小，传输速度也很快

• 自包含(Self-contained)：负载中包含了所有用户所需要的信息，避免了多次查询数据库

• 因为Token是以JSON加密的形式保存在客户端的，所以JWT是跨语言的，原则上任何web形式都支持。

• 不需要在服务端保存会话信息，特别适用于分布式微服务。

JWT的结构

JWT是由三段信息构成的，将这三段信息文本用.连接一起就构成了JWT字符串

JWT包含了三部分：

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

• Header 头部(标题包含了令牌的元数据，并且包含签名和/或加密算法的类型)

• Payload 负载 (类似于飞机上承载的物品)

• Signature 签名/签证

Header

Header 是 JWT 的标头，JWT的头部承载两部分信息：token类型和采用的加密算法。

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

声明类型:这里是jwt

声明加密的算法:通常直接使用 HMAC SHA256

加密算法是单向函数散列算法，常见的有MD5、SHA、HAMC。

MD5(message-digest algorithm 5) （信息-摘要算法）缩写，广泛用于加密和解密技术，常用于文件校验。校验？不管文件多大，经过MD5后都能生成唯一的MD5值

SHA (Secure Hash Algorithm，安全散列算法），数字签名等密码学应用中重要的工具，安全性高于MD5

HMAC (Hash Message Authentication Code)，散列消息鉴别码，基于密钥的Hash算法的认证协议。用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。常用于接口签名验证

Payload

Token 的第二部分是 Payload，载荷就是存放有效信息的地方。Payload 中包含一个声明。声明是有关实体（通常是用户）和其他数据的声明。共有三种类型的声明：registered, public 和 private 声明。

有效信息包含三个部分

• 标准中注册的声明–registered

• 公共的声明–public

• 私有的声明–private

标准中注册的声明 (建议但不强制使用) ：

• iss: jwt签发者

• sub: 面向的用户(jwt所面向的用户)

• aud: 接收jwt的一方

• exp: 过期时间戳(jwt的过期时间，这个过期时间必须要大于签发时间)

• nbf: 定义在什么时间之前，该jwt都是不可用的.

• iat: jwt的签发时间

• jti: jwt的唯一身份标识，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。

公共的声明：

公共的声明可以添加任何的信息，一般添加用户的相关信息或其他业务需要的必要信息.但不建议添加敏感信息，因为该部分在客户端可解密.

私有的声明：

私有声明是提供者和消费者所共同定义的声明，一般不建议存放敏感信息，因为base64是对称解密的，意味着该部分信息可以归类为明文信息。

Signature

jwt的第三部分是一个签证信息，这个部分需要base64加密后的header和base64加密后的payload使用.连接组成的字符串，然后通过header中声明的加密方式进行加盐secret组合加密，然后就构成了jwt的第三部分。

密钥secret是保存在服务端的，服务端会根据这个密钥进行生成token和进行验证，所以需要保护好。

比如我们需要 HMAC SHA256 算法进行签名

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

签名用于验证消息在此过程中没有更改，并且对于使用私钥进行签名的令牌，它还可以验证 JWT 的发送者的真实身份

拼凑在一起

现在我们把上面的三个由点分隔的 Base64-URL 字符串部分组成在一起，这个字符串可以在 HTML 和 HTTP 环境中轻松传递这些字符串。

下面是一个完整的 JWT 示例，它对 header 和 payload 进行编码，然后使用 signature 进行签名

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

如果想自己测试编写的话，可以访问 JWT 官网 jwt.io/#debugger-i…

JWT 和 Session Cookies 的不同

JWT 和 Session Cookies 都提供安全的用户身份验证，但是它们有以下几点不同

密码签名

JWT 具有加密签名，而 Session Cookies 则没有。

JSON 是无状态的

JWT 是无状态的，因为声明被存储在客户端，而不是服务端内存中。

身份验证可以在本地进行，而不是在请求必须通过服务器数据库或类似位置中进行。这意味着可以对用户进行多次身份验证，而无需与站点或应用程序的数据库进行通信，也无需在此过程中消耗大量资源。

可扩展性

Session Cookies 是存储在服务器内存中，这就意味着如果网站或者应用很大的情况下会耗费大量的资源。由于 JWT 是无状态的，在许多情况下，它们可以节省服务器资源。因此 JWT 要比 Session Cookies 具有更强的可扩展性。

JWT 支持跨域认证

Session Cookies 只能用在单个节点的域或者它的子域中有效。如果它们尝试通过第三个节点访问，就会被禁止。如果你希望自己的网站和其他站点建立安全连接时，这是一个问题。

使用 JWT 可以解决这个问题，使用 JWT 能够通过多个节点进行用户认证，也就是我们常说的跨域认证。

JWT 和 Session Cookies 的选型

我们上面探讨了 JWT 和 Cookies 的不同点，相信你也会对选型有了更深的认识，大致来说

对于只需要登录用户并访问存储在站点数据库中的一些信息的中小型网站来说，Session Cookies 通常就能满足。

如果你有企业级站点，应用程序或附近的站点，并且需要处理大量的请求，尤其是第三方或很多第三方（包括位于不同域的API），则 JWT 显然更适合。

JWT具体实现可以参考文章：SpringBoot集成JWT实现token验证

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参考文章:

https://mp.weixin.qq.com/s/6HWIA0qSA5ZxCdMavlw0nw

https://mp.weixin.qq.com/s/DeERrIodO2WUT5ZevOQ3bA