JWT简介及使用

1. JSON Web Token是什么

• 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。

2. 什么时候你应该用JSON Web Token

1. 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。
2. 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。

3. JSON Web Token的结构是什么样的

JSON Web Token由三部分组成，它们之间用圆点(.)连接。这三部分分别是：

• Header
• Payload
• Signature

因此，一个典型的JWT看起来是这个样子的：

xxxxx.yyyyy.zzzzz

接下来，具体看一下每一部分：

Header

• header典型的由两部分组成：token的类型（“JWT”）和算法名称（比如：HMAC SHA256或者RSA等等）。

例如：

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

然后，用Base64对这个JSON编码就得到JWT的第一部分

Payload

JWT的第二部分是payload，它包含声明（要求）。声明是关于实体(通常是用户)和其他数据的声明。声明有三种类型: registered, public 和 private。

• Registered claims : 这里有一组预定义的声明，它们不是强制的，但是推荐。比如：iss (issuer), exp(expiration time), sub (subject), aud (audience)等。
• Public claims : 可以随意定义。
• Private claims : 用于在同意使用它们的各方之间共享信息，并且不是注册的或公开的声明。 下面是一个例子：

{
    "sub": '1234567890',
    "name": 'john',
    "admin":true
}

对payload进行Base64编码就得到JWT的第二部分

注意，不要在JWT的payload或header中放置敏感信息，除非它们是加密的。

Signature

为了得到签名部分，你必须有编码过的header、编码过的payload、一个秘钥，签名算法是header中指定的那个，然对它们签名即可。

例如：

HMACSHA256(base64UrlEncode(header) + "." + base64UrlEncode(payload), secret)

签名是用于验证消息在传递过程中有没有被更改，并且，对于使用私钥签名的token，它还可以验证JWT的发送方是否为它所称的发送方。

看一张官网的图就明白了：

4. JSON Web Tokens是如何工作的

• 在认证的时候，当用户用他们的凭证成功登录以后，一个JSON Web
  Token将会被返回。此后，token就是用户凭证了，你必须非常小心以防止出现安全问题。一般而言，你保存令牌的时候不应该超过你所需要它的时间。
• 无论何时用户想要访问受保护的路由或者资源的时候，用户代理（通常是浏览器）都应该带上JWT，典型的，通常放在Authorization
  header中，用Bearer schema。

header应该看起来是这样的：

Authorization: Bearer <token>

• 服务器上的受保护的路由将会检查Authorization
  header中的JWT是否有效，如果有效，则用户可以访问受保护的资源。如果JWT包含足够多的必需的数据，那么就可以减少对某些操作的数据库查询的需要，尽管可能并不总是如此。
• 如果token是在授权头（Authorization header）中发送的，那么跨源资源共享(CORS)将不会成为问题，因为它不使用cookie。

下面这张图显示了如何获取JWT以及使用它来访问APIs或者资源：

• 应用（或者客户端）想授权服务器请求授权。例如，如果用授权码流程的话，就是/oauth/authorize
• 当授权被许可以后，授权服务器返回一个access token给应用
• 应用使用access token访问受保护的资源（比如：API）

5. 基于Token的身份认证 与 基于服务器的身份认证

5.1. 基于服务器的身份认证

在讨论基于Token的身份认证是如何工作的以及它的好处之前，我们先来看一下以前我们是怎么做的：

HTTP协议是无状态的，也就是说，如果我们已经认证了一个用户，那么他下一次请求的时候，服务器不知道我是谁，我们必须再次认证

传统的做法是将已经认证过的用户信息存储在服务器上，比如Session。用户下次请求的时候带着Session ID，然后服务器以此检查用户是否认证过。

这种基于服务器的身份认证方式存在一些问题：

• Sessions :每次用户认证通过以后，服务器需要创建一条记录保存用户信息，通常是在内存中，随着认证通过的用户越来越多，服务器的在这里的开销就会越来越大。
• Scalability : 由于Session是在内存中的，这就带来一些扩展性的问题。
• CORS :当我们想要扩展我们的应用，让我们的数据被多个移动设备使用时，我们必须考虑跨资源共享问题。当使用AJAX调用从另一个域名下获取资源时，我们可能会遇到禁止请求的问题。
• CSRF : 用户很容易受到CSRF攻击。

5.2. JWT与Session的差异

相同点是，它们都是存储用户信息；然而，Session是在服务器端的，而JWT是在客户端的。

Session方式存储用户信息的最大问题在于要占用大量服务器内存，增加服务器的开销。

而JWT方式将用户状态分散到了客户端中，可以明显减轻服务端的内存压力。

Session的状态是存储在服务器端，客户端只有session id；而Token的状态是存储在客户端。

5.3 基于Token的身份认证是如何工作的

基于Token的身份认证是无状态的，服务器或者Session中不会存储任何用户信息。

没有会话信息意味着应用程序可以根据需要扩展和添加更多的机器，而不必担心用户登录的位置。

虽然这一实现可能会有所不同，但其主要流程如下：

-用户携带用户名和密码请求访问 -服务器校验用户凭据 -应用提供一个token给客户端 -客户端存储token，并且在随后的每一次请求中都带着它 -服务器校验token并返回数据

注意：

-每一次请求都需要token -Token应该放在请求header中 -我们还需要将服务器设置为接受来自所有域的请求，用Access-Control-Allow-Origin: *

5.4. 用Token的好处

• 无状态和可扩展性：Tokens存储在客户端。完全无状态，可扩展。我们的负载均衡器可以将用户传递到任意服务器，因为在任何地方都没有状态或会话信息。
• 安全：Token不是Cookie。（The token, not a cookie.）每次请求的时候Token都会被发送。而且，由于没有Cookie被发送，还有助于防止CSRF攻击。即使在你的实现中将token存储到客户端的Cookie中，这个Cookie也只是一种存储机制，而非身份认证机制。没有基于会话的信息可以操作，因为我们没有会话!

还有一点，token在一段时间以后会过期，这个时候用户需要重新登录。这有助于我们保持安全。还有一个概念叫token撤销，它允许我们根据相同的授权许可使特定的token甚至一组token无效。

5.5. JWT与OAuth的区别

• OAuth2是一种授权框架 ，JWT是一种认证协议 -无论使用哪种方式切记用HTTPS来保证数据的安全性 -OAuth2用在使用第三方账号登录的情况(比如使用weibo, qq, github登录某个app)，而JWT是用在前后端分离, 需要简单的对后台API进行保护时使用。

6. Springboot整合Jwt

springboot经典的四个步骤
	1.改pom
	2.写yml/properties
	3.启动类
	4.代码

项目结构：

6.1 maven依赖

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
	<modelVersion>4.0.0modelVersion>
	<parent>
		<groupId>org.springframework.bootgroupId>
		<artifactId>spring-boot-starter-parentartifactId>
		<version>2.1.9.RELEASEversion>
		<relativePath/> 
	parent>
	<groupId>cn.itcastgroupId>
	<artifactId>jwtartifactId>
	<version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
	<name>jwtname>
	<description>Demo project for Spring Bootdescription>
	<properties>
		<java.version>1.8java.version>
	properties>
	<dependencies>
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.bootgroupId>
			<artifactId>spring-boot-starterartifactId>
		dependency>

		<dependency>
			<groupId>org.springframework.bootgroupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
			<scope>testscope>
		dependency>

		<dependency>
			<groupId>com.auth0groupId>
			<artifactId>java-jwtartifactId>
			<version>3.4.1version>
		dependency>
		<dependency>
			<groupId>io.jsonwebtokengroupId>
			<artifactId>jjwtartifactId>
			<version>0.9.1version>
		dependency>
		<dependency>
			<groupId>org.springframework.bootgroupId>
			<artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
		dependency>
	dependencies>

	<build>
		<plugins>
			<plugin>
				<groupId>org.springframework.bootgroupId>
				<artifactId>spring-boot-maven-pluginartifactId>
				<version>2.2.6.RELEASEversion>
			plugin>
		plugins>
	build>

project>

6.2 配置application.properties

没用这个里面的

server.port=8080
#要加密的明文
jwt.secret=hand2020
#token过期时间，单位秒
jwt.expire=300

6.3 启动类

这里选择使用@ServletComponentScan，是因为在Filter类用@component和@configuration会导致

@WebFilter(urlPatterns = “/testToken”, filterName = “jwtFilter”) url失效变成拦截所有

package cn.itcast.jwt;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.boot.web.servlet.ServletComponentScan;

@SpringBootApplication
@ServletComponentScan//这里是将filter扫描加载进spring容器
public class JwtApplication {

	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(JwtApplication.class, args);
	}

}

6.4 代码实现

这里主要是做一个简单的demo验证，有三个类JwtController、CreatToken、JwtFilter。

JwtController：用来接收rest请求。

JwtUtil：用来生成token，解密token，验证token

JwtFilter：用来拦截请求对http请求中携带的token进行验证

User类

package cn.itcast.jwt.pojo;

public class User {
    private Integer id;
    private String username;
    private String password;

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

JwtController

package cn.itcast.jwt.controller;
import cn.itcast.jwt.pojo.User;
import cn.itcast.jwt.util.JwtUtil;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

//用来接收rest请求
@RestController
public class JwtController {
    @PostMapping("/get")
    public String createToken2(){
        User user=new User();
        user.setId(1);
        user.setUsername("hand2020");
        user.setPassword("123456");
        return JwtUtil.createJwt(40000,user);
    }
    @PostMapping("/test")
    public String testToken2(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response){
        String token=request.getHeader("Authorization");
        User user=new User();
        user.setId(1);
        user.setUsername("hand2020");
        user.setPassword("123456");
        if(JwtUtil.isVerify(token,user)){
            return "success";
        }
        return "fail";
    }
}

JwtUtil

这里我是在配置文件中读需要加密的明文，和过期时间。也可以在controller里处理参数设置。

package cn.itcast.jwt.util;
import cn.itcast.jwt.pojo.User;
import io.jsonwebtoken.*;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;

public class JwtUtil {
    /**用户登录成功后生成jwt
     *使用Hs256算法 私钥使用用户密码
     * @param ttlMillis jwt过期时间
     * @param user      登录成功的user对象
     * @return
     */
    public static String createJwt(long ttlMillis, User user) {
        //指定签名的时候使用的签名算法，也就是header那部分，jwt已经将这部分内容封装好了
        SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;
        //生成JWT的时间
        long nowMillis = System.currentTimeMillis();
        Date now = new Date(nowMillis);
       /* 创建payload的私有声明（根据特定的业务需要添加，如果要拿这个做验证，
          一般是需要和jwt的接收方提前沟通好验证方式的）
          */
        Map<String, Object> claims = new HashMap<String, Object>();
        claims.put("id", user.getId());
        claims.put("username", user.getUsername());
        claims.put("password", user.getPassword());

       /* 生成签名的时候使用的秘钥secret,这个方法本地封装了的，
        一般可以从本地配置文件中读取，切记这个秘钥不能外露哦。
        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。
        */
        String key = user.getPassword();
        //生成签发人
        String subject = user.getUsername();
        //下面就是在为payload添加各种标准声明和私有声明
        //这里其实就是new一个JwtBuilder,设置jwt的body
        JwtBuilder builder = Jwts.builder()
                /*如果有私有声明，一定要先设置这个自己创建的私有的声明，这个是给builder的claim赋值，
                一旦写在标准的声明赋值之后，就是覆盖了那些标准的声明的*/
                .setClaims(claims)
                /*设置jti(JWT ID)：是JWT的唯一标识，根据业务需要，
                这个可以设置为一个不重复的值，主要用来作为一次性token,从而回避重放攻击。*/
                .setId(UUID.randomUUID().toString())
                //iat: jwt的签发时间
                .setIssuedAt(now)
                /*代表这个JWT的主体，即它的所有人，这个是一个json格式的字符串，
                可以存放什么userid，roldid之类的，作为什么用户的唯一标志。   */
                .setSubject(subject)
                //设置签名使用的签名算法和签名使用的秘钥
                .signWith(signatureAlgorithm, key);
        if (ttlMillis > 0) {
            long expMillis = nowMillis + ttlMillis;
            Date exp = new Date(expMillis);
            //设置过期时间
            builder.setExpiration(exp);
        }
        return builder.compact();
    }
    /*
     * token的解密
     * @param token 加密后的token
     * @param user  用户的对象
     * @return
     */
    public static Claims parseJWT(String token,User user){
        //签名密钥，和生成的签名的密钥一模一样
        String key=user.getPassword();
        //得到DefaultJwtParser
        Claims claims=Jwts.parser()
                //设置签名的密钥
                .setSigningKey(key)
                //设置需要解析的jwt
                .parseClaimsJws(token).getBody();
        return claims;
    }
    /*
    校验token
    在这里可以使用官方的校验，我这里校验的是token中携带的密码与数据库一致的话就验证通过
    * @param token
     * @param user
     * @return
     */
    public static Boolean isVerify(String token,User user){
        //签名秘钥，和生成的签名的秘钥一模一样
        String key=user.getPassword();
        //Jwts.parser在执行parseClaimsJws(token)时如果token时间过期
        // 会抛出ExpiredJwtException异常
        try{
            //得到DefaultJwtParser
            Claims claims= Jwts.parser()
                    //设置签名的密钥
                    .setSigningKey(key)
                    //设置需要解析的jwt
                    .parseClaimsJws(token).getBody();
            if(claims.get("password").equals(user.getPassword())){
                return true;
            }
        }catch (ExpiredJwtException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }
}

JwtFilter

过滤器是通过实现Filter接口，注意@WebFilter相当于xml配置，但是需要在启动类上注解

@ServletComponentScan，将JwtFilter加入到spring容器中。

在JwtFilter类上注解@component或@configuration会导致@WebFilter失效从而拦截所有请求

目前这个没用到，直接在controller里做了判断，这个是后续业务需求的demo

package cn.itcast.jwt.filter;
import cn.itcast.jwt.pojo.User;
import cn.itcast.jwt.util.JwtUtil;

import javax.servlet.*;
import javax.servlet.annotation.WebFilter;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

@WebFilter(urlPatterns = "/testToken",filterName ="jwtFilter" )
public class JwtFilter implements Filter {


    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws ServletException, IOException {
        HttpServletRequest req= (HttpServletRequest) request;
        HttpServletResponse resp= (HttpServletResponse) response;
        resp.setCharacterEncoding("UTF-8");
        resp.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        resp.setHeader("Access-Control-Allow-Origin", "*");
        String token=req.getHeader("Authorization");
        User user=new User();
        user.setId(1);
        user.setUsername("haha2020");
        user.setPassword("123456");
        boolean flag= JwtUtil.isVerify(token,user);
        if(flag){
            chain.doFilter(request,response);
        }else{
            System.out.println("失败......");
            resp.getWriter().write("失败......");
        }
    }
}

6.5 测试

1. 浏览器发送请求获取token

• http://localhost:8080/get

2. 将token放入请求头中请求

• 注意将上次请求获得的token放入请求头内（注意不要过太长时间因为token设置了40秒过期）

• http://localhost:8080/test

token超时：