JWT( 原理+流程+实例 )

一、介绍

JSON Web Tokens（JWT）,jwt广泛应用在系统的用户认证方面，特别是现在前后端分离项目

1、JWT认证的流程

传统token方式和jwt在认证方面有什么差异？

• 传统token方式
  用户登录成功后，服务端生成一个随机token给用户，并且在服务端(数据库或缓存)中保存一份token，以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，去数据库或缓存中进行校验token的是否超时、是否合法。

• jwt方式
  用户登录成功后，服务端通过jwt生成一个随机token给用户（服务端无需保留token），以后用户再来访问时需携带token，服务端接收到token之后，通过jwt对token进行校验是否超时、是否合法。

JWT的优势

• 简洁(Compact): 可以通过URL，POST参数或者在HTTP header中发送，数据量小，传输速度快
• 自包含(Self-contained)：负载中包含了用户所需要的信息，避免了多次查询数据库
• 因为Token是以JSON加密的形式保存在客户端，所以JWT是跨语言的，原则上任何web形式都支持
• 不需要在服务端保存会话信息，特别适用于分布式微服务

2、跨域认证的问题

互联网项目离不开 服务器 跟 客户端的交互，交互就离不开认证，jwt也是应运而生
token的模式并非不好，问题在于，扩展性（scaling）不好。单机当然没有问题，如果是服务器集群，或者是跨域的服务导向架构，就要求 session 数据共享，每台服务器都能够读取 session。

举例来说，A 网站和 B 网站是同一家公司的关联服务。现在要求，用户只要在其中一个网站登录，再访问另一个网站就会自动登录，请问怎么实现？

一种解决方案是 session 数据持久化，写入数据库或别的持久层。各种服务收到请求后，都向持久层请求数据。这种方案的优点是架构清晰，缺点是工程量比较大。另外，持久层万一挂了，就会单点失败。

另一种方案是服务器索性不保存 session 数据了，所有数据都保存在客户端，每次请求都发回服务器。JWT 就是这种方案的一个代表。

二、JWT原理

JWT 的原理是，服务器认证以后，生成一个 JSON 对象，发回给用户，就像下面这样。

{
  "姓名": "张三",
  "角色": "管理员",
  "到期时间": "2018年7月1日0点0分"
}

以后，用户与服务端通信的时候，都要发回这个 JSON 对象。服务器完全只靠这个对象认定用户身份。为了防止用户篡改数据，服务器在生成这个对象的时候，会加上签名。

服务器就不保存任何 session 数据了，也就是说，服务器变成无状态了，从而比较容易实现扩展。

1、JWT 的数据结构

它是一个很长的字符串，中间用点（.）分隔成三个部分。

JWT 的三个部分依次如下。

• Header（头部）
• Payload（负载）
• Signature（签名）

Header.Payload.Signature

Header(头部)

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

上面代码中，alg属性表示签名的算法（algorithm），默认是 HMAC SHA256（写成 HS256）；typ属性表示这个令牌（token）的类型（type），JWT 令牌统一写为JWT。

最后，将上面的 JSON 对象使用 Base64URL 算法（详见后文）转成字符串。

Payload(负载)

Payload 部分也是一个 JSON 对象，用来存放实际需要传递的数据。JWT 规定了7个官方字段，供选用。

iss (issuer)：签发人
exp (expiration time)：过期时间
sub (subject)：主题
aud (audience)：受众
nbf (Not Before)：生效时间
iat (Issued At)：签发时间
jti (JWT ID)：编号

除了官方字段，你还可以在这个部分定义私有字段，下面就是一个例子。

{
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "admin": true
}

注意，JWT 默认是不加密的，任何人都可以读到，所以不要把秘密信息放在这个部分。

这个 JSON 对象也要使用 Base64URL 算法转成字符串。

Signature（签名）

Signature 部分是对前两部分的签名，防止数据篡改。

首先，需要指定一个密钥（secret）。这个密钥只有服务器才知道，不能泄露给用户。然后，使用 Header 里面指定的签名算法（默认是 HMAC SHA256），按照下面的公式产生签名。

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

算出签名以后，把 Header、Payload、Signature 三个部分拼成一个字符串，每个部分之间用"点"（.）分隔，就可以返回给用户。

Base64URL

前面提到，Header 和 Payload 串型化的算法是 Base64URL。这个算法跟 Base64 算法基本类似，但有一些小的不同。

JWT 作为一个令牌（token），有些场合可能会放到 URL（比如 api.example.com/?token=xxx）。Base64 有三个字符+、/和=，在 URL 里面有特殊含义，所以要被替换掉：=被省略、+替换成-，/替换成_ 。这就是 Base64URL 算法。

2、JWT中常见的异常信息

AlgorithmMismatchException 算法不匹配异常（即使用的算法不一致）
SignatureVerificationException 签名不一致异常（即使用的签名不一致）
InvalidClaimException 失效的payload异常（即数据被篡改）
TokenExpiredException 令牌过期异常

3、JWT 的几个特点

（1）JWT 默认是不加密，但也是可以加密的。生成原始 Token 以后，可以用密钥再加密一次。

（2）JWT 不加密的情况下，不能将秘密数据写入 JWT。

（3）JWT 不仅可以用于认证，也可以用于交换信息。有效使用 JWT，可以降低服务器查询数据库的次数。

（4）JWT 的最大缺点是，由于服务器不保存 session 状态，因此无法在使用过程中废止某个 token，或者更改 token 的权限。也就是说，一旦 JWT 签发了，在到期之前就会始终有效，除非服务器部署额外的逻辑。

（5）JWT 本身包含了认证信息，一旦泄露，任何人都可以获得该令牌的所有权限。为了减少盗用，JWT 的有效期应该设置得比较短。对于一些比较重要的权限，使用时应该再次对用户进行认证。

（6）为了减少盗用，JWT 不应该使用 HTTP 协议明码传输，要使用 HTTPS 协议传输。

三、 JWT的使用

客户端收到服务器返回的 JWT，可以储存在 Cookie 里面，也可以储存在 localStorage。

此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT。你可以把它放在 Cookie 里面自动发送，但是这样不能跨域，所以更好的做法是放在 HTTP 请求的头信息Authorization字段里面。

Authorization: Bearer 

另一种做法是，跨域的时候，JWT 就放在 POST 请求的数据体里面。

外卖项目 实例：

JwtProperties ( 封装两种token；)

 /**
     * 管理端员工生成jwt令牌相关配置
     */
    private String adminSecretKey;
    private long adminTtl;
    private String adminTokenName;

    /**
     * 用户端微信用户生成jwt令牌相关配置
     */
    private String userSecretKey;
    private long userTtl;
    private String userTokenName;

JwtUtil （ jwt加密解密工具类，过期时间等设置）

public class JwtUtil {
   /**
    * 生成jwt
    * 使用Hs256算法, 私匙使用固定秘钥
    *
    * @param secretKey jwt秘钥
    * @param ttlMillis jwt过期时间(毫秒)
    * @param claims    设置的信息
    * @return
    */
   public static String createJWT(String secretKey, long ttlMillis, Map<String, Object> claims) {
       // 指定签名的时候使用的签名算法，也就是header那部分
       SignatureAlgorithm signatureAlgorithm = SignatureAlgorithm.HS256;

       // 生成JWT的时间
       long expMillis = System.currentTimeMillis() + ttlMillis;
       Date exp = new Date(expMillis);

       // 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)
               // 设置签名使用的签名算法和签名使用的秘钥
               .signWith(signatureAlgorithm, secretKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
               // 设置过期时间
               .setExpiration(exp);

       return builder.compact();
   }

   /**
    * Token解密
    *
    * @param secretKey jwt秘钥 此秘钥一定要保留好在服务端, 不能暴露出去,
    *                  否则sign就可以被伪造, 如果对接多个客户端建议改造成多个
    * @param token     加密后的token
    * @return
    */
   public static Claims parseJWT(String secretKey, String token) {
       // 得到DefaultJwtParser
       Claims claims = Jwts.parser()
               // 设置签名的秘钥
               .setSigningKey(secretKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
               // 设置需要解析的jwt
               .parseClaimsJws(token).getBody();
       return claims;
   }

拦截器 Interceptor

   @Autowired
    private JwtProperties jwtProperties;

    /**
     * 校验jwt
     *
     * @param request
     * @param response
     * @param handler   目标方法
     * @return true ，代表放行， false，表示禁止放行
     * @throws Exception
     */
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        //判断当前拦截到的是Controller的方法还是其他资源
        if (!(handler instanceof HandlerMethod)) {
            //当前拦截到的不是动态方法，直接放行
            return true;
        }

        //1、从请求头中获取令牌   因为token存放在请求头中，
        String token = request.getHeader(jwtProperties.getAdminTokenName());

        //2、校验令牌
        try {
            log.info("jwt校验:{}", token);
            Claims claims = JwtUtil.parseJWT(jwtProperties.getAdminSecretKey(), token);
            Long empId = Long.valueOf(claims.get(JwtClaimsConstant.EMP_ID).toString());
            log.info("当前员工id：", empId);
            //3、通过，放行
            return true;
        } catch (Exception ex) {
            //4、不通过，响应401状态码
            response.setStatus(401);
            return false;
        }
    }

把jwt拦截器配置到自定义的拦截器中

    @Autowired
    private JwtTokenAdminInterceptor jwtTokenAdminInterceptor;

    /**
     * 注册自定义拦截器
     *
     * @param registry
     */
    protected void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        log.info("开始注册自定义拦截器...");
        registry.addInterceptor(jwtTokenAdminInterceptor)
                .addPathPatterns("/admin/**")
                .excludePathPatterns("/admin/employee/login");
    }

controller 实现

    @PostMapping("/login")
    public Result<EmployeeLoginVO> login(@RequestBody EmployeeLoginDTO employeeLoginDTO) {
        log.info("员工登录：{}", employeeLoginDTO);

        Employee employee = employeeService.login(employeeLoginDTO);

        //登录成功后，生成jwt令牌
        Map<String, Object> claims = new HashMap<>();
        claims.put(JwtClaimsConstant.EMP_ID, employee.getId());
        String token = JwtUtil.createJWT(
                jwtProperties.getAdminSecretKey(),
                jwtProperties.getAdminTtl(),
                claims);

        EmployeeLoginVO employeeLoginVO = EmployeeLoginVO.builder()
                .id(employee.getId())
                .userName(employee.getUsername())
                .name(employee.getName())
                .token(token)
                .build();

        return Result.success(employeeLoginVO);
    }

参考：https://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/json_web_token-tutorial.html