JWT简介及使用

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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

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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:

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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:
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  • 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

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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: *

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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:
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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

JWT简介及使用_第8张图片

  1. 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

JWT简介及使用_第9张图片
token超时:
JWT简介及使用_第10张图片

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