单点登录（下）---使用JWT整合

前言

在介绍了单点登录的概念后，我们以JWT的形式实现单点登录的方式。
单点登录 （上）

1. 传统用户身份验证

在了解JWT之前我们还是以传统用户身份验证为例子，了解一下它存在的弊端和解决的方式

Internet服务无法与用户身份验证分开。一般过程如下：
[1] 用户向服务器发送用户名和密码。
[2] 验证服务器后，相关数据（如用户角色，登录时间等）将保存在当前会话中。
[3] 服务器向用户返回session_id, session信息都会写入到用户的Cookie。
[4] 用户的每个后续请求都将通过在Cookie中取出session_id传给服务器。
[5] 服务器收到session_id并对比之前保存的数据，确认用户身份。
问题：没有分布式架构，无法支持横向扩展。
解决方案（详情可参照上一篇博客）：
[1] session广播
[2] 将透明令牌存入cookie，将用户身份信息存入redis
[3]使用自包含令牌，通过客户端保存数据，而服务器不保存会话数据。JWT就是这种解决方案的代表。

2. JWT令牌

[1] 访问令牌的类型（下面实例使用的是透明令牌）

[2] JWT的组成
该对象为一个很长的字符串，字符之间通过“.” 分割符分为三个子串。每个子串表示一个功能块，总共有以下三部分：JWT头，有效载荷和签名。

JWT头
JWT头部分是一个描述JWT元数据的JSON对象，通常如下所示。

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

alg属性表示签名使用的算法，默认为HMAC SHA256（写为HS256）；typ属性表示令牌的类型，JWT令牌统一写为JWT。最后，使用Base64 URL算法将上述JSON对象转换为字符串保存。
有效载荷（主体内容，主要存放了用户信息）
有效载荷部分，是JWT的主体内容部分，也是一个JSON对象，包含需要传递的数据。 JWT指定七个默认字段供选择。

iss：发行人
exp：到期时间
sub：主题
aud：用户
nbf：在此之前不可用
iat：发布时间
jti：JWT ID用于标识该JWT

除以上默认字段外，我们还可以自定义私有字段，如下例：

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Helen",
  "admin": true
}

请注意，默认情况下JWT是未加密的，任何人都可以解读其内容，因此不要构建隐私信息字段，存放保密信息，以防止信息泄露。
JSON对象也使用Base64 URL算法转换为字符串保存。
签名哈希
签名哈希部分是对上面两部分数据签名，通过指定的算法生成哈希，以确保数据不会被篡改。
首先，需要指定一个密码（secret）。该密码仅仅为保存在服务器中，并且不能向用户公开。然后，使用标头中指定的签名算法（默认情况下为HMAC SHA256）根据以下公式生成签名。

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

在计算出签名哈希后，JWT头，有效载荷和签名哈希的三个部分组合成一个字符串，每个部分用"."分隔，就构成整个JWT对象。

Base64URL算法
如前所述，JWT头和有效载荷序列化的算法都用到了Base64URL。该算法和常见Base64算法类似，稍有差别。
作为令牌的JWT可以放在URL中（例如api.example/?token=xxx）。 Base64中用的三个字符是**"+"，"/“和”="，由于在URL中有特殊含义，因此Base64URL中对他们做了替换："=“去掉，”+“用”-“替换，”/“用”_"替换**，这就是Base64URL算法。

3.JWT的其他细节

[1] JWT原则
JWT的原则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，如下所示。

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "Helen",
  "admin": true
}

之后，当用户与服务器通信时，客户在请求中发回JSON对象。服务器仅依赖于这个JSON对象来标识用户。为了防止用户篡改数据，服务器将在生成对象时添加签名。
服务器不保存任何会话数据，即服务器变为无状态，使其更容易扩展。
[2] JWT的用法
客户端接收服务器返回的JWT, 将其存储在Cookie或loaclStrorage中。
此后，客户端将在与服务器交互中都会带JWT。如果它存储在Cookie中，将可以自动发送，但是不能跨域，因此一般封装在request中。
[3] JWT问题和趋势
<1>JWT不仅可用于认证，还可用于信息交换。善用JWT有助于减少服务器请求数据库的次数。
<2>生产的token可以包含基本信息，比如id、用户昵称、头像等信息，避免再次查库
<3>存储在客户端，不占用服务端的内存资源
<4>JWT默认不加密，但可以加密。生成原始令牌后，可以再次对其进行加密。
<5>当JWT未加密时，一些私密数据无法通过JWT传输。
<6>JWT的最大缺点是服务器不保存会话状态，所以在使用期间不可能取消令牌或更改令牌的权限。也就是说，一旦JWT签发，在有效期内将会一直有效。
<7>JWT本身包含认证信息，token是经过base64编码，所以可以解码，因此token加密前的对象不应该包含敏感信息，一旦信息泄露，任何人都可以获得令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT的有效期不宜设置太长。对于某些重要操作，用户在使用时应该每次都进行进行身份验证。
<8>为了减少盗用和窃取，JWT不建议使用HTTP协议来传输代码，而是使用加密的HTTPS协议进行传输。

4. 在Maven项目中整合JWT令牌

[1] 在pom.xml中引入JWT的依赖

<dependency>
    <groupId>io.jsonwebtokengroupId>
    <artifactId>jjwtartifactId>
    <version>0.9.1version>
dependency>

[2] 编写一个工具类（在Controller或Service直接调用该方法即可生成相应的token信息）
方法解析：
<1> getJwtToken() : 由于该方法是以登录为例子，所以传入用户的id和用户名即可生成相应的token字符串
<2> checkToken(): 写了两个重载方法，一个通过字符串，一个通过request对象, 判断token是否存在与有效
<3>getMemberIdByJwtToken() ：这个方法是通过前端把数据封装的地方进行编写的（如果把用户信息封装在request的header头部中）。
这里我们可以看成Map对象，通过token(这个key)获取相应的字符串(value)，并取出主体部分（里面就包含用户的登录信息)。
前端数据封装的部分代码：

//判断cookie里面是否有名称是gs_token的数据
  if (cookie.get('gs_token')) {
    //把获取cookie值放到header里面
    config.headers['token'] = cookie.get('gs_token');
  }

后台的工具类

package com.gs.commonutils;

import io.jsonwebtoken.Claims;
import io.jsonwebtoken.Jws;
import io.jsonwebtoken.Jwts;
import io.jsonwebtoken.SignatureAlgorithm;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
import org.springframework.util.StringUtils;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.Date;


public class JwtUtils {

    public static final long EXPIRE = 1000 * 60 * 60 * 24;  //token过期时间
    public static final String APP_SECRET = "ukc8BDbRigUDaY6pZFfWus2jZWLPHO"; //密钥

    //生成token字符串的方法
    public static String getJwtToken(String id, String nickname){

        String JwtToken = Jwts.builder()
                //设置头信息
                .setHeaderParam("typ", "JWT")
                .setHeaderParam("alg", "HS256")

                //设置token过期时间
                .setSubject("gs-user")
                .setIssuedAt(new Date())
                .setExpiration(new Date(System.currentTimeMillis() + EXPIRE))

                //设置token的主体信息,存储用户信息
                .claim("id", id)
                .claim("nickname", nickname)

                //设置签名哈希
                .signWith(SignatureAlgorithm.HS256, APP_SECRET)
                .compact();

        return JwtToken;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param jwtToken
     * @return
     */
    public static boolean checkToken(String jwtToken) {
        if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false;
        try {
            Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 判断token是否存在与有效
     * @param request
     * @return
     */
    public static boolean checkToken(HttpServletRequest request) {
        try {
            String jwtToken = request.getHeader("token");
            if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return false;
            Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 根据token获取会员id
     * @param request
     * @return
     */
    public static String getMemberIdByJwtToken(HttpServletRequest request) {
        String jwtToken = request.getHeader("token");
        if(StringUtils.isEmpty(jwtToken)) return "";
        Jws<Claims> claimsJws = Jwts.parser().setSigningKey(APP_SECRET).parseClaimsJws(jwtToken);
        Claims claims = claimsJws.getBody();
        return (String)claims.get("id");
    }
}