jwt原理

目标：

1.jwt出现的原因及工作原理

2.jwt规矩介绍，及三种场景

3.jwt与vuex配合在spa项目的应用

4.与传统的session机制差异在哪

图一：传统开发对资源的访问限制利用session

在传统的jsp开发中，要对系统的资源进行保护，那么会用到session机制里完成，但session是跟随Tomcat存在的，也就是说session是在前后端分离中的后端服务器里面，而现在浏览器请求的却是前端服务器（node.js），这也就意味着在浏览器输入网址（路由跳组件）的时候，它并不能获取到session，所以目前存在的问题是：不进行登录也能对其他组件进行访问，在本例中，意味着不登录也能访问MainApp.vue

这时就需要另一种机制来解决身份验证的问题， 它就是JWT（JSON Web Token ），它是目前最流行的跨域身份验证解决方案。当登录成功后，会在后端生成一个token令牌（jwt）并将令牌返回给前端服务器，然后每次请求其他路由的时候，在请求头（Request Headers）中携带jwt到后端服务器进行校验，如果通过，则进行业务处理

图二：jwt解决的问题及机制

  

 1. JWT是什么
   JSON Web Token (JWT)，它是目前最流行的跨域身份验证解决方案

2. 为什么使用JWT
   JWT的精髓在于：“去中心化”，数据是保存在客户端的。

3. JWT的工作原理
   1. 是在服务器身份验证之后，将生成一个JSON对象并将其发送回用户，示例如下：
      {"UserName": "Chongchong","Role": "Admin","Expire": "2018-08-08 20:15:56"}

   2. 之后，当用户与服务器通信时，客户在请求中发回JSON对象
    
   3. 为了防止用户篡改数据，服务器将在生成对象时添加签名，并对发回的数据进行验证

4. JWT组成

   一个JWT实际上就是一个字符串，它由三部分组成：头部(Header)、载荷(Payload)与签名(signature)
   JWT结构原理图：见资料“JWT的数据结构.jpg”
   JWT实际结构：eyJhbGciOiJIUzI1NiJ9.
                eyJzdWIiOiJ7fSIsImlzcyI6InpraW5nIiwiZXhwIjoxNTYyODUwMjM3LCJpYXQiOjE1NjI4NDg0MzcsImp0aSI6ImM5OWEyMzRmMDc4NzQyZWE4YjlmYThlYmYzY2VhNjBlIiwidXNlcm5hbWUiOiJ6c3MifQ.
                WUfqhFTeGzUZCpCfz5eeEpBXBZ8-lYg1htp-t7wD3I4

 

   它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。注意，JWT 内部是没有换行的，这里只是为了便于展示，将它写成了几行。
   写成一行，就是下面的样子：Header.Payload.Signature

  4.1 Header
      {"typ":"JWT","alg":"HS256"}
      这个json中的typ属性，用来标识整个token字符串是一个JWT字符串；它的alg属性，用来说明这个JWT签发的时候所使用的签名和摘要算法
      typ跟alg属性的全称其实是type跟algorithm，分别是类型跟算法的意思。之所以都用三个字母来表示，也是基于JWT最终字串大小的考虑，
      同时也是跟JWT这个名称保持一致，这样就都是三个字符了…typ跟alg是JWT中标准中规定的属性名称

  4.2 Payload(负荷)
      {"sub":"123","name":"Tom","admin":true}
      payload用来承载要传递的数据，它的json结构实际上是对JWT要传递的数据的一组声明，这些声明被JWT标准称为claims，
      它的一个“属性值对”其实就是一个claim(要求)，
      每一个claim的都代表特定的含义和作用。
      
      注1：英文“claim”就是要求的意思
      注2：如上面结构中的sub代表这个token的所有人，存储的是所有人的ID；name表示这个所有人的名字；admin表示所有人是否管理员的角色。
           当后面对JWT进行验证的时候，这些claim都能发挥特定的作用
      注3：根据JWT的标准，这些claims可以分为以下三种类型：
           A. Reserved claims(保留)
              它的含义就像是编程语言的保留字一样，属于JWT标准里面规定的一些claim。JWT标准里面定义好的claim有：
              iss(Issuser)：代表这个JWT的签发主体； 
              sub(Subject)：代表这个JWT的主体，即它的所有人； 
              aud(Audience)：代表这个JWT的接收对象； 
              exp(Expiration time)：是一个时间戳，代表这个JWT的过期时间； 
              nbf(Not Before)：是一个时间戳，代表这个JWT生效的开始时间，意味着在这个时间之前验证JWT是会失败的； 
              iat(Issued at)：是一个时间戳，代表这个JWT的签发时间； 
              jti(JWT ID)：是JWT的唯一标识。 
           
           B. Public claims，略（不重要）

           C. Private claims(私有)
              这个指的就是自定义的claim，比如前面那个示例中的admin和name都属于自定的claim。这些claim跟JWT标准规定的claim区别在于：JWT规定的claim，
              JWT的接收方在拿到JWT之后，都知道怎么对这些标准的claim进行验证；而private claims不会验证，除非明确告诉接收方要对这些claim进行验证以及规则才行

              按照JWT标准的说明：保留的claims都是可选的，在生成payload不强制用上面的那些claim，你可以完全按照自己的想法来定义payload的结构，不过这样搞根本没必要：
              第一是，如果把JWT用于认证， 那么JWT标准内规定的几个claim就足够用了，甚至只需要其中一两个就可以了，假如想往JWT里多存一些用户业务信息，
              比如角色和用户名等，这倒是用自定义的claim来添加；第二是，JWT标准里面针对它自己规定的claim都提供了有详细的验证规则描述，
              每个实现库都会参照这个描述来提供JWT的验证实现，所以如果是自定义的claim名称，那么你用到的实现库就不会主动去验证这些claim     
   4.3 signature
       签名是把header和payload对应的json结构进行base64url编码之后得到的两个串用英文句点号拼接起来，然后根据header里面alg指定的签名算法生成出来的。
       算法不同，签名结果不同。以alg: HS256为例来说明前面的签名如何来得到。
       
       按照前面alg可用值的说明，HS256其实包含的是两种算法：HMAC算法和SHA256算法，前者用于生成摘要，后者用于对摘要进行数字签名。这两个算法也可以用HMACSHA256来统称    

5. JWT的验证过程
   它验证的方法其实很简单，只要把header做base64url解码，就能知道JWT用的什么算法做的签名，然后用这个算法，再次用同样的逻辑对header和payload做一次签名，
   并比较这个签名是否与JWT本身包含的第三个部分的串是否完全相同，只要不同，就可以认为这个JWT是一个被篡改过的串，自然就属于验证失败了。
   接收方生成签名的时候必须使用跟JWT发送方相同的密钥
      
   注1：在验证一个JWT的时候，签名认证是每个实现库都会自动做的，但是payload的认证是由使用者来决定的。因为JWT里面可能会包含一个自定义claim，
        所以它不会自动去验证这些claim，以jjwt-0.7.0.jar为例：
        A 如果签名认证失败会抛出如下的异常：
          io.jsonwebtoken.SignatureException: JWT signature does not match locally computed signature. JWT validity cannot be asserted and should not be trusted.
       即签名错误，JWT的签名与本地计算机的签名不匹配 
        B JWT过期异常
          io.jsonwebtoken.ExpiredJwtException: JWT expired at 2017-06-13T11:55:56Z. Current time: 2017-06-13T11:55:57Z, a difference of 1608 milliseconds.  Allowed

   注2：认证失败，返回401 Unauthorized响应

   注3：认证服务作为一个Middleware HOOK 对请求进行拦截，首先在cookie中查找Token信息，如果没有找到，则在HTTP Authorization Head中查找

6. JWT令牌刷新思路
  6.1 登陆成功后，将生成的JWT令牌通过响应头返回给客户端
 
    
  6.2 WEB APP项目每次请求后台数据时(将JWT令牌从请求头中带过来)，
      验证通过，刷新JWT，并保存在响应头返回给客户端，有效时间30分钟
      JwtFilter