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JWT

什么是JSON Web Token？

JSON Web Token（JWT）是一个开放标准（RFC 7519），它定义了一种紧凑且独立的方式，用于在各方之间作为JSON对象安全地传输信息。此信息可以通过数字签名进行验证和信任。JWT可以使用秘密（使用HMAC算法）或使用RSA或ECDSA的公钥/私钥对进行签名。

虽然JWT可以加密以在各方之间提供保密，但我们将专注于签名令牌。签名令牌可以验证其中包含的声明的完整性，而加密令牌则隐藏其他方的声明。当使用公钥/私钥对签名令牌时，签名还证明只有持有私钥的一方是签署它的一方。

什么时候应该使用JSON Web令牌？

以下是JSON Web令牌有用的一些场景：

• 授权：这是使用JWT的最常见方案。一旦用户登录，每个后续请求将包括JWT，允许用户访问该令牌允许的路由，服务和资源。Single Sign On是一种现在广泛使用JWT的功能，因为它的开销很小，并且能够在不同的域中轻松使用。
• 信息交换：JSON Web令牌是在各方之间安全传输信息的好方法。因为JWT可以签名 - 例如，使用公钥/私钥对 - 您可以确定发件人是他们所说的人。此外，由于使用标头和有效负载计算签名，您还可以验证内容是否未被篡改。

什么是JSON Web令牌结构？

在紧凑的形式中，JSON Web Tokens由dot（.）分隔的三个部分组成，它们是：

• Header
• Payload
• Signature

因此，JWT通常如下所示。

xxxxx.yyyyy.zzzzz

让我们分解不同的部分。

Header

标头通常由两部分组成：令牌的类型，即JWT，以及正在使用的签名算法，例如HMAC SHA256或RSA。

例如：

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

然后，这个JSON被编码为Base64Url，形成JWT的第一部分。

Payload

令牌的第二部分是payload，其中包含声明。声明是关于实体（通常是用户）和其他数据的声明。声明有三种类型：注册，公开和私有声明。

• 已注册的声明：这些是一组预定义声明，不是强制性的，但建议使用，以提供一组有用的，可互操作的声明。其中一些是：iss (issuer), exp (expiration time), sub (subject), aud(audience)等。

  请注意，声明名称只有三个字符，因为JWT意味着紧凑。

• 公开声明：这些可以由使用JWT的人随意定义。但为避免冲突，应在 IANA JSON Web令牌注册表中定义它们，或者将其定义为包含防冲突命名空间的URI。

• 私有声明：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。

示例payload可以是：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

然后，payload经过Base64Url编码，形成JSON Web令牌的第二部分。

请注意，对于签名令牌，此信息虽然可以防止被篡改，但任何人都可以读取。除非加密，否则不要将秘密信息放在JWT的payload或header中。

Signature

要创建签名部分，必须采用 header, payload, secret，标头中指定的算法，并对其进行签名。

例如，如果要使用HMAC SHA256算法，将按以下方式创建签名：

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

签名用于验证消息在此过程中未被更改，并且，在使用私钥签名的令牌的情况下，它还可以验证JWT的发件人是否是它所声称的人。

全部放在一起

输出是三个由点分隔的Base64-URL字符串，可以在HTML和HTTP环境中轻松传递，而与基于XML的标准（如SAML）相比更加紧凑。

下面显示了一个JWT，它具有先前的头和有效负载编码，并使用机密签名。

JWT工作原理

1）用户登陆的时候使用用户名和密码发送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到浏览器。

4）浏览器将该jwt串加入请求头中向服务器发送请求。

5）服务器验证jwt。

6）返回相应的资源给客户端。

SpringBoot集成

引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.auth0</groupId>
    <artifactId>java-jwt</artifactId>
    <version>3.4.0</version>
</dependency>

定义注解

PassToken：跳过验证。

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface PassToken {
    boolean required() default true;
}

UserLoginToken：需要验证。

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface UserLoginToken {
    boolean required() default true;
}

定义实体类

public class UserDo {
    private String id;

    private String userName;

    private String userPasswd;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id == null ? null : id.trim();
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName == null ? null : userName.trim();
    }

    public String getUserPasswd() {
        return userPasswd;
    }

    public void setUserPasswd(String userPasswd) {
        this.userPasswd = userPasswd == null ? null : userPasswd.trim();
    }
}

编写TokenServiceImpl

@Service
public class TokenServiceImpl implements TokenService {
    @Override
    public String getToken(UserDo userDo) {
        String token="";
        token= JWT.create().withAudience(userDo.getId())
                .sign(Algorithm.HMAC256(userDo.getUserPasswd()));
        return token;
    }
}

编写拦截器

public class AuthenticationInterceptor implements HandlerInterceptor {
    @Reference
    UserService userService;

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest httpServletRequest, HttpServletResponse httpServletResponse, Object object) throws Exception {
        String token = httpServletRequest.getHeader("token");// 从 http 请求头中取出 token
        // 如果不是映射到方法直接通过
        if (!(object instanceof HandlerMethod)) {
            return true;
        }
        HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) object;
        Method method = handlerMethod.getMethod();
        //检查是否有passtoken注释，有则跳过认证
        if (method.isAnnotationPresent(PassToken.class)) {
            PassToken passToken = method.getAnnotation(PassToken.class);
            if (passToken.required()) {
                return true;
            }
        }
        //检查有没有需要用户权限的注解
        if (method.isAnnotationPresent(UserLoginToken.class)) {
            UserLoginToken userLoginToken = method.getAnnotation(UserLoginToken.class);
            if (userLoginToken.required()) {
                // 执行认证
                if (token == null) {
                    throw new RuntimeException("无token，请重新登录");
                }
                // 获取 token 中的 user id
                String userId;
                try {
                    userId = JWT.decode(token).getAudience().get(0);
                } catch (JWTDecodeException j) {
                    throw new RuntimeException("401");
                }
                UserDo user = userService.findUserById(userId);
                if (user == null) {
                    throw new RuntimeException("用户不存在，请重新登录");
                }
                // 验证 token
                JWTVerifier jwtVerifier = JWT.require(Algorithm.HMAC256(user.getUserPasswd())).build();
                try {
                    jwtVerifier.verify(token);
                } catch (JWTVerificationException e) {
                    throw new RuntimeException("401");
                }
                return true;
            }
        }
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest httpServletRequest,
                           HttpServletResponse httpServletResponse,
                           Object o, ModelAndView modelAndView) throws Exception {

    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest httpServletRequest,
                                HttpServletResponse httpServletResponse,
                                Object o, Exception e) throws Exception {
    }
}

流程图如下：

配置拦截器

@Configuration
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {
    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(authenticationInterceptor())
                .addPathPatterns("/**");
    }
    @Bean
    public AuthenticationInterceptor authenticationInterceptor() {
        return new AuthenticationInterceptor();
    }
}

controller-api

@RestController
@CrossOrigin
@RequestMapping("/user")
@Api(tags = "用户登录")
public class LoginController extends BaseController {
    @Reference
    UserService userService;
    @Reference
    TokenService tokenService;

    //登录
    @PostMapping("/login")
    @ResponseBody
    public Object login(UserDo user) {
        JSONObject jsonObject = new JSONObject();
        UserDo userForBase = userService.findUserByUsername(user.getUserName());
        if (userForBase == null) {
            jsonObject.put("message", "登录失败,用户不存在");
            return jsonObject;
        } else {
            if (!userForBase.getUserPasswd().equals(user.getUserPasswd())) {
                jsonObject.put("message", "登录失败,密码错误");
                return jsonObject;
            } else {
                String token = tokenService.getToken(userForBase);
                jsonObject.put("token", token);
                jsonObject.put("user", userForBase);
                return jsonObject;
            }
        }
    }

    @UserLoginToken
    @GetMapping("/getMessage")
    public String getMessage() {
        return "你已通过验证";
    }
}

即传入token才可以调用getMessage（）方法。

接口调试

调用getMessage()

使用postmen调用接口：http://localhost:8094/user/getMessage

输出错误信息如下：

调用login()

使用postmen调用接口：http://localhost:8094/user/login

传入id,用户名和密码三个参数，输出结果如下：

再次调用getMessage()

在Headers中加入token参数，输出结果如下：