【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