JWT技术--JSON Web Token
一、JWT简介
JSON Web Token (JWT)是一个开放标准(RFC 7519)，它定义了一种紧凑的、自包含的方式，用于作为JSON对象在各方之间安全地传输信息。该信息可以被验证和信任，因为它是数字签名的。
使用方式：服务端根据规范生成一个令牌（token），并且发放给客户端（保存在客户端）。此时客户端请求服务端的时候就可以携带者令牌，以令牌来证明自己的身份信息。
作用：类似session保持登录状态的办法，通过token来代表用户身份。
- Authorization (授权) : 这是使用JWT的最常见场景。一旦用户登录，后续每个请求都将包含JWT，允许用户访问该令牌允许的路由、服务和资源。单点登录是现在广泛使用的JWT的一个特性，因为它的开销很小，并且可以轻松地跨域使用。
- Information Exchange (信息交换) : 对于安全的在各方之间传输信息而言，JSON Web Tokens无疑是一种很好的方式。因为JWT可以被签名，例如，用公钥/私钥对，你可以确定发送人就是它们所说的那个人。另外，由于签名是使用头和有效负载计算的，您还可以验证内容没有被篡改。
二、为什么使用JWT
1、传统的Session认证
我们知道，http协议本身是一种无状态的协议，这意味着用户提供用户名和密码进行用户认证后，下一次请求还需要进行认证。因为根据http协议，我们并不能知道是哪个用户发出的请求，所以为了让应用能识别是哪一个用户发出的请求，我们只能在服务器存储一份用户登录信息，这份信息会在响应时传递给客户端，告诉其保存为cookie（传输的是JsessionId而不是用户信息，不然用户修改cookie内容后可以获得其他权限），以便下次请求时发送给我们的应用，这样我们就知道请求应用的是哪个用户了。这就是传统的Session认证。
暴露的问题：
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每个用户经过我们的应用认证后，我们的应用都要在服务端做一次记录，以便下次用户请求时的鉴别。通常而言session是保存在内存中的，随着认证用户的增多，服务端的开销会明显增大。
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用户认证之后，服务端做认证记录，如果认证的记录被保存在内存中的话， 以为这下次请求还必须在这台服务器上，才能拿到授权的资源。这样在分布式应用上，相应的限制了负载均衡器的能力。这也意味着限制了应用的扩展能力。
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在前后端分离解耦后增加了部署的复杂性。通常用户一次请求要经过多次转发，如果使用session每次携带sessionId到服务器，服务器还要查询用户信息。同时如果用户很多，这些信息存储在服务器内存中，给服务器增加了负担。sessionId就是一个特征值，表达的信息不够丰富，不容易扩展。而且如果后端应用是多节点部署，就需要实现session共享机制，不方便集群应用。
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因为是基于cookie来进行应用识别的，cookie如果被截获，用户就会很容易受到CSRF/XSRF（跨站请求伪造）
CSRF攻击的大致方式如下：某用户登录了A网站，认证信息保存在cookie中。当用户访问攻击者创建的B网站时，攻击者通过在B网站发送一个伪造的请求提交到A网站服务器上，让A网站服务器误以为请求来自于自己的网站，于是执行响应的操作，该用户的信息边遭到了篡改。总结起来就是，攻击者利用用户在浏览器中保存的认证信息，向对应的站点发送伪造请求。用户的认证是通过保存在cookie中的数据实现，在发送请求是，只要浏览器中保存了对应的cookie，服务器端就会认为用户已经处于登录状态，而攻击者正是利用了这一机制。
2、基于JWT认证
首先前端通过web表单将自己的用户名和密码发送给后端的接口。这个过程一般是是一个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等其他用户信息作为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（token）。形成的JWT就是一个形同lll.zzz.xxx的字符串。Token:head.payload.signature
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）
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的接收方是否为自己（可选）。
验证通过后后端使用JWT中包含的用户信息进行其他逻辑操作，返回相应结果。
3、JWT优势
- 简洁：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：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，特别适合用于分布式微服务。
- 更适合用于移动端：当客户端是非浏览器平台时，cookie是不被支持的，此时使用token认证方式会简单很多
- 单点登录友好：由于cookie无法跨域，难以实现单点登录。但是，使用token进行认证的话， token可以被保存在客户端的任意位置的内存中，不一定是cookie，所以不依赖cookie，不会存在这些问题
三、JWT的结构
1、令牌组成
- 标头（Header）
- 有效负荷（Payload）
- 签名（Signature）
因此JWT通常为：xxxx.yyyy.zzzz，即Header.Payload.Signature
2、Header
标头通常由两部分组成：令牌的类型（即JWT）和所使用的签名算法，例如HMAC、SHA256或RSA。它会使用Base64编码组成JWT结构的第一部分。
注意：Base64是一种编码，也就是说它是可以被翻译回原来的样子来的，它并不是一种加密过程
默认为：base64enc({“alg”:“HS256”,“typ”:“JWT”})
3、Payload
令牌的第二部分是有效负载，其中包含声明。声明是有关实体（通常是用户）和其他数据的声明。同样的，它会使用Base64编码组成JWT结构的第二部分
{
"sub":"123456789”，
"name”:"John Doe"，
"admin":true
}
4、Signature
前面两部分都是使用Base64进行编码的，即前端可以解开获取其中的内容。Signature需要使用编码后的header和payload以及我们提供的一个秘钥，然后使用header中指定的签名算法进行签名，签名的作用是保证JWT没有被篡改过
HMACSHA256(base64UrlEncode(header)+“.”+base64UrlEncode(payload),secret)
实际上是对头部信息和负载内容进行签名，防止内容被篡改，如果有人对头部以及负载内容解码后进行修改，再进行编码，最后加上之前的签名组合形成新的JWT的话，那么服务器端会判断出新的头部和负载形成的签名和JWT上附带的签名是不一样的。如果要对新的头部和负载进行签名，由于不知道服务器加密时使用的秘钥，得出来的结果也是不一样的。
信息安全问题
在JWT中不应该在负载中加入任何敏感的数据，用户ID被知道也是安全的，但是像密码这样的内容就不能放在JWT中了。
四、JWT实现
1、测试
public class JWTTest {
public static void main(String[] args) {
Calendar instance = Calendar.getInstance();
instance.add(Calendar.SECOND,1000);
String sign = JWT.create()
.withClaim("username", "cyh")//设置payload
.withClaim("userId", 123)
.withExpiresAt(instance.getTime())//设置令牌过期时间
.sign(Algorithm.HMAC256("asd!de"));//签名
System.out.println(sign);
}
@Test
public void test(){
//创建验证对象
JWTVerifier build = JWT.require(Algorithm.HMAC256("asd!de")).build();
DecodedJWT verify = build.verify("eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJleHAiOjE2NDkxNzg1MTAsInVzZXJJZCI6MTIzLCJ1c2VybmFtZSI6ImN5aCJ9.J19zl01GobHB1XpnnvCe8N-cjqCY6SDyQ3eQGiYBE7M");
System.out.println(verify.getClaims());
System.out.println(verify.getClaim("username"));
System.out.println(verify.getClaim("userId"));
System.out.println(verify.getExpiresAt());
System.out.println(verify.getHeaderClaim("alg"));
System.out.println(verify.getHeaderClaim("typ"));
}
}
2、封装
工具类
public class JWTUtils {
private static final String SIGN="!ad#12~";
//生成token
public static String getToken(Map<String,String> map){
Calendar instance = Calendar.getInstance();
instance.add(Calendar.DATE,7);//默认七天过期
JWTCreator.Builder builder = JWT.create();
map.forEach(builder::withClaim);
return builder.withExpiresAt(instance.getTime())//设置令牌过期时间
.sign(Algorithm.HMAC256(SIGN));//签名
}
//验证token合法性，获取token信息
public static DecodedJWT verify(String token){
return JWT.require(Algorithm.HMAC256(SIGN)).build().verify(token);
}
}
拦截器
public class JWTInterceptor implements HandlerInterceptor {
@Override
public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
Map<String,Object> map = new HashMap<>();
//获取请求头中的令牌
String token = request.getHeader("token");
try {
JWTUtils.verify(token);//验证令牌
return true;//放行请求
} catch (TokenExpiredException e) {
e.printStackTrace();
map.put("msg","token过期");
} catch (AlgorithmMismatchException e) {
e.printStackTrace();
map.put("msg","token算法不一致");
} catch (SignatureVerificationException e) {
e.printStackTrace();
map.put("msg","无效签名");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
map.put("msg","token无效");
}
map.put("state",false);//设置状态
//将map转为json
String s = new ObjectMapper().writeValueAsString(map);
response.setContentType("application/json;charset=UTF-8");
response.getWriter().println(s);
return false;
}
}
//增加拦截器
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {
@Override
public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
registry.addInterceptor(new JWTInterceptor())
.addPathPatterns("user/test") //其他接口token验证
.excludePathPatterns("user/login"); //放行用户操作
}
}