如何设计安全可靠的开放接口---之Token

【如何设计安全可靠的开放接口】系列

1. 如何设计安全可靠的开放接口—之Token
2. 如何设计安全可靠的开放接口—之AppId、AppSecret
3. 如何设计安全可靠的开放接口—之签名(sign)
4. 如何设计安全可靠的开放接口【番外篇】—关于MD5应用的介绍
5. 如何设计安全可靠的开放接口—还有哪些安全保护措施
6. 如何设计安全可靠的开放接口—对请求参加密保护
7. 如何设计安全可靠的开放接口【番外篇】— 对称加密算法

前言

Open API是会暴露到公网被访问的接口，那与内网接口最重要的区别就是如何做好安全的问题，常见的安全问题有：合法身份判别、数据防窥、数据防篡改、请求防重放、Dos攻击等等，本文先来看看对于合法身份判别这个问题是如何解决的。

一、Token机制

Token自然是非常好的选择，客户端成功登陆后，服务端就会生成一个Token返回给客户端，之后客户端每次请求只需要带上这个Token即可表明身份，解决了每次登陆的问题（Http是无状态通信协议）。

1. Token生成

关于Token的生成最常见的方式就是使用JWT（JSON Web Token），早期要说解决每次登陆的问题，通过Session就可以做到，那为什么又出现了JWT呢？

我们先来看看使用Session实现的方式

1. 用户在客户端输入账号、密码。
2. 服务端验证账号、密码正确后，获取当前session，并在session里面保存需要的数据。
3. 服务器像客户端返回一个session_id，并将此写入客户端Cookie中。
4. 之后用户每次在客户端的请求都会从Cookie中把session_id带给服务端。
5. 服务端只需要根据session_id匹配到之前保存在session里面的数据即可。

2. Session存在的问题

session这种方式最大的问题就是需要服务端保存数据，如果要做跨域访问、集群访问就需要每台服务器都能同步到session信息，当然你可以通过一些分布式的组件来持久化session，但在跨域访问中依然比较棘手，而且代价也较高。

3. JWT是如何解决Session存在的问题的

既然服务端保存session必然存在数据同步的问题，那就干脆不要保存了，这就是JWT的做法，数据只会记录在客户端，当验证完用户的账号、密码后，JWT会生成一种约定好的格式数据，然后服务端把这份数据发送给客户端，客户端之后每次请求带上这份数据即可，JWT自然能够对其进行验证，这样一来，服务端就从有状态变成无状态了，也就能轻松的实现扩展了。

二、JWT中的数据结构

JWT中的数据主要由三部分组成，分别是Header、Payload、Signature

原始数据

加密后

三部分数据用'.'隔开

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoieGlhb21pbmciLCJpZCI6MTIzNDUsImV4cCI6MTY1MjA5ODczNX0.7WRvMdrILoSkic1uUhg34Xj31XI0ok4Lrd6qEC99Abg

1. Header

Header通常由两部分组成，例如：

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

"typ": "JWT"令牌类型，即JWT。
"alg": "HS256"使用的签名算法。

2. Payload

Payload是用来存放实际需要保存数据的地方，其中JWT官方也定义了一些字段

这些字段并不是强制性的，官方只是建议使用，当然你也可以自己定义各种字段，但一定要注意命名规范，避免冲突。

需要额外注意的是，保存在Payload中的信息默认是没有加密的，前面看到的数据只是签名后的结果，签名只能防止数据被篡改，所以，除非是做了二次加密，否则就不能把隐私信息放到Head或者Payload中。

3. Signature

Signature是对前面两部分数据的签名，用于验证数据没有被篡改，签名后的数据就变成如下这样：

eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJuYW1lIjoieGlhb21pbmciLCJpZCI6MTIzNDUsImV4cCI6MTY1MjA5ODczNX0.7WRvMdrILoSkic1uUhg34Xj31XI0ok4Lrd6qEC99Abg

三、JWT的工作方式

服务端生成Token后，一般可以保存在HTTP的请求头的Authorization字段中

四、JWT的使用

引入jar包

<dependency>
    <groupId>com.auth0groupId>
    <artifactId>java-jwtartifactId>
    <version>3.19.2version>
dependency>

1. 生成Token

public static void main(String[] args) {
    String token = createToken();
    System.out.println(token);
}

private static String createToken() {
    try {
        Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("secret");
        return JWT.create()
                .withIssuer("admin")
                .withClaim("name", "xiaozhang")
                .withClaim("id", 12345)
                .sign(algorithm);
    } catch (JWTCreationException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return null;
}

2. token验证

public static boolean verifyToken(String token) {
    try {
        Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("secret"); //use more secure key
        JWTVerifier verifier = JWT.require(algorithm)
                .withIssuer("admin")
                .withClaim("name", "xiaozhang")
                .withClaim("id", 123456) // 把id由原来的12345修改为123456
                .build();
        verifier.verify(token);
    } catch (JWTVerificationException e) {
        e.printStackTrace();
        return false;
    }
    return true;
}

com.auth0.jwt.exceptions.InvalidClaimException: The Claim 'id' value doesn't match the required one.
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.assertValidClaim(JWTVerifier.java:397)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verifyClaimValues(JWTVerifier.java:349)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verifyClaims(JWTVerifier.java:315)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verify(JWTVerifier.java:300)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verify(JWTVerifier.java:283)
	at token.TokenDemo.verifyToken(TokenDemo.java:28)
	at token.TokenDemo.main(TokenDemo.java:16)
false

3. token解析

private static Map<String, Claim> decodeToken(String token) {
    DecodedJWT jwt = JWT.decode(token);
    return jwt.getClaims();
}

{iss="admin", name="xiaozhang", id=12345}

4. 带过期时间的Token

LocalDateTime plus = LocalDateTime.now().plus(3, ChronoUnit.SECONDS);
Date expiresAt = Date.from(plus.atZone(ZoneId.systemDefault()).toInstant());
System.out.println("expiresAt: " + expiresAt);
String expiresToken = createToken(expiresAt);
Thread.sleep(4000);
System.out.println("expiresToken: " + verifyToken(expiresToken));

private static String createToken(Date expiresAt) {
    try {
        Algorithm algorithm = Algorithm.HMAC256("secret
        return JWT.create()
                .withIssuer("admin")
                .withClaim("name", "xiaozhang")
                .withExpiresAt(expiresAt)
                .withClaim("id", 12345)
                .sign(algorithm);
    } catch (JWTCreationException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return null;
}

expiresAt: Mon May 09 20:52:20 CST 2022
com.auth0.jwt.exceptions.TokenExpiredException: The Token has expired on Mon May 09 20:52:20 CST 2022.
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.assertDateIsFuture(JWTVerifier.java:420)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.assertValidDateClaim(JWTVerifier.java:411)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verifyClaimValues(JWTVerifier.java:331)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verifyClaims(JWTVerifier.java:315)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verify(JWTVerifier.java:300)
	at com.auth0.jwt.JWTVerifier.verify(JWTVerifier.java:283)
	at token.TokenDemo.verifyToken(TokenDemo.java:72)
	at token.TokenDemo.main(TokenDemo.java:39)
expiresToken: false