一文搞懂JWT

一、JWT简介

JWT（Json Web Token） 是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种用于简洁，自包含的用于通信双方之间以 JSON 对象的形式安全传递信息的方法。JWT 可以使用 HMAC 算法或者是 RSA 的公钥密钥对进行签名。它具备两个特点：

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

二、JWT 组成

JWT就一段字符串，由三段信息构成的，将这三段信息文本用.链接一起就构成了Jwt字符串。就像这样:

第一部分我们称它为头部（header),第二部分我们称其为载荷（payload, 类似于飞机上承载的物品)，第三部分是签证（signature).

header

jwt的头部承载两部分信息：

• 声明类型，这里是jwt
• 声明加密的算法 通常直接使用 HMAC SHA256

完整的头部就像下面这样的JSON：

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

然后将头部进行base64.b64encode()加密（该加密是可以对称解密的),构成了第一部分.

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9

python中base64加密解密

import base64
str1 = 'admin'
str2 = str1.encode()
b1 = base64.b64encode(str2) #数据越多，加密后的字符串越长
b2 = base64.b64decode(b1) #admin
各个语言中都有base64加密解密的功能，所以我们jwt为了安全，需要配合第三段加密

payload

载荷就是存放有效信息的地方。这个名字像是特指飞机上承载的货品，这些有效信息可以存放下面三个部分信息。

• 标准中注册的声明
• 公共的声明
• 私有的声明

标准中注册的声明 (建议但不强制使用) ：

• iss: jwt签发者

• sub: jwt所面向的用户

• aud: 接收jwt的一方

• exp: 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。

  以上是JWT 规定的7个官方字段，供选用

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。

定义一个payload，json格式的数据:

{
  "sub": "1234567890",
  "exp": "3422335555", #时间戳形式
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

然后将其进行base64.b64encode() 加密，得到JWT的第二部分。

eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9

signature

JWT的第三部分是一个签证信息，这个签证信息由三部分组成：

• header (base64后的)
• payload (base64后的)
• secret密钥

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。

// javascript
var encodedString = base64UrlEncode(header) + '.' + base64UrlEncode(payload);

var signature = HMACSHA256(encodedString, 'secret'); //xxxx //  TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

将这三部分用.连接成一个完整的字符串,构成了最终的jwt:

eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxMjM0NTY3ODkwIiwibmFtZSI6IkpvaG4gRG9lIiwiYWRtaW4iOnRydWV9.TJVA95OrM7E2cBab30RMHrHDcEfxjoYZgeFONFh7HgQ

注意：secret是保存在服务器端的，jwt的签发生成也是在服务器端的，secret就是用来进行jwt的签发和jwt的验证，所以，它就是你服务端的私钥，在任何场景都不应该流露出去。一旦客户端得知这个secret, 那就意味着客户端是可以自我签发jwt了。

jwt的优点：
1. 实现分布式的单点登陆非常方便
2. 数据实际保存在客户端，所以我们可以分担都武器的存储压力
3. JWT不仅可用于认证，还可用于信息交换。善用JWT有助于减少服务器请求数据库的次数，jwt的构成非常简单，字节占用很小，所以它是非常便于传输的。

jwt的缺点：
1. 数据保存在了客户端，我们服务端只认jwt，不识别客户端。
2. jwt可以设置过期时间，但是因为数据保存在了客户端，所以对于过期时间不好调整。#secret_key轻易不要改，一改所有客户端都要重新登录

认证流程图：

首先，前端通过Web表单将自己的用户名和密码发送到后端的接口。这一过程一般是一个HTTP POST请求。建议的方式是通过SSL加密的传输（https协议），从而避免敏感信息被嗅探。

后端核对用户名和密码成功后，将用户的id等其他信息作为JWT Payload（负载），将其与头部分别进行Base64编码拼接后签名，形成一个JWT。形成的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。

后端将JWT字符串作为登录成功的返回结果返回给前端。前端可以将返回的结果保存在localStorage或sessionStorage上，退出登录时前端删除保存的JWT即可。

前端在每次请求时将JWT放入HTTP Header中的Authorization位。(解决XSS和XSRF问题）

    5.后端检查是否存在，如存在验证JWT的有效性。例如，检查签名是否正确；检查Token是否过期；检查Token的接收方是否是自己（可选）。

三.使用

1.安装：

pip install djangorestframework-jwt -i https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/

2.配置
配置https://github.com/jpadilla/django-rest-framework-jwt
在settings文件中：

REST_FRAMEWORK = {
     
    'DEFAULT_AUTHENTICATION_CLASSES': (
        'rest_framework_jwt.authentication.JSONWebTokenAuthentication',
        'rest_framework.authentication.SessionAuthentication',
        'rest_framework.authentication.BasicAuthentication',
    ),
}
import datetime
JWT_AUTH = {
     
    'JWT_EXPIRATION_DELTA': datetime.timedelta(days=1), 
}

• JWT_EXPIRATION_DELTA 指明token的有效期

手动生成jwt

Django REST framework JWT 扩展的说明文档中提供了手动签发JWT的方法

from rest_framework_jwt.settings import api_settings

jwt_payload_handler = api_settings.JWT_PAYLOAD_HANDLER
jwt_encode_handler = api_settings.JWT_ENCODE_HANDLER

payload = jwt_payload_handler(user)
token = jwt_encode_handler(payload)

在子应用路由urls.py中

from rest_framework_jwt.views import obtain_jwt_token

urlpatterns = [
    path(r'login/', obtain_jwt_token),
]

在主路由中，引入当前子应用的路由文件

urlpatterns = [
		...
    path('user/', include("users.urls")),
    # include 的值必须是 模块名.urls 格式,字符串中间只能出现一个圆点
]

前端保存jwt

我们可以将JWT保存在cookie中，也可以保存在浏览器的本地存储里，我们保存在浏览器本地存储中

浏览器的本地存储提供了sessionStorage 和 localStorage 两种，从属于window对象：

• sessionStorage 浏览器关闭即失效
• localStorage 长期有效

使用方法

sessionStorage.变量名 = 变量值   // 保存数据
sessionStorage.setItem("变量名","变量值") // 保存数据
sessionStorage.变量名  // 读取数据
sessionStorage.getItem("变量名") // 读取数据
sessionStorage.removeItem("变量名") // 清除单个数据
sessionStorage.clear()  // 清除所有sessionStorage保存的数据

localStorage.变量名 = 变量值   // 保存数据
localStorage.setItem("变量名","变量值") // 保存数据
localStorage.变量名  // 读取数据
localStorage.getItem("变量名") // 读取数据
localStorage.removeItem("变量名") // 清除单个数据
localStorage.clear()  // 清除所有sessionStorage保存的数据