HTTP API 认证技术详解（三）：JWT Authentication

目录

什么是 JWT Authentication 认证

JWT 的组成部分

JWT 的工作流程

使用 Golang 实现 JWT  Authentication 认证

安全注意事项

JWT Authentication 认证的优缺点

小结

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HTTP API 认证技术主要用于验证客户端身份，并确保只有经过授权的实体才能访问受保护的资源。随着安全需求的日益增长，API 认证技术也在不断发展和演进。本文将详细讲解 Digest Access Authentication 认证技术。

什么是 JWT Authentication 认证

JWT（JSON Web Tokens）是一种开放标准（RFC 7519），定义了一种紧凑的、自包含的格式，用于实现网络应用程序中的身份验证和授权机制。

JWT 的组成部分

一个 JWT 通常由三部分组成，分别是头部（Header）、负载（Payload）和签名（Signature）。

• 头部 (Header)：这部分包含了 JWT 的元数据，如类型（通常是JWT）和所使用的签名算法（如 AES256 或 RSA）。
• 负载 (Payload)： 包含了实际需要传递的数据，通常包括用户的身份信息（如用户 ID）以及一些元数据（如令牌的有效期）。
• 签名 (Signature)：对前两部分进行签名以确保数据的完整性和真实性。服务端生成签名时会使用一个密钥，客户端使用这个密钥（或者公钥）来验证签名的有效性。

JWT 的工作流程

1. 用户在客户端使用登录凭证（如用户名和密码）登录系统。
2. 系统验证登录凭证的有效性，如果验证通过的话生成一个 JWT 并返回给客户端。
3. 客户端存储 JWT，并在随后的请求中将其作为认证凭证发送给服务端。
4. 服务端验证 JWT 的签名，并从中提取用户信息以完成认证过程。

使用 Golang 实现 JWT  Authentication 认证

1. 实现生成 JWT 令牌的函数，首先需要一个处理 JWT 的库。github.com/dgrijalva/jwt-go 是 Go 中一个比较流行的 JWT 库，接下来会使用这个库来实现。简单示例代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/dgrijalva/jwt-go"
    "time"
)

var jwtKey = []byte("my_secret_key")

type Claims struct {
    Username string `json:"username"`
    jwt.StandardClaims
}

func GenerateJWT(username string) (string, error) {
    expirationTime := time.Now().Add(5 * time.Minute)
    claims := &Claims{
       Username: username,
       StandardClaims: jwt.StandardClaims{
          ExpiresAt: expirationTime.Unix(),
       },
    }

    token := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, claims)
    tokenString, err := token.SignedString(jwtKey)
    if err != nil {
       return "", err
    }
    return tokenString, nil
}

func main() {
    tokenString, err := GenerateJWT("user1")
    if err != nil {
       fmt.Println("Error generating token:", err)
       return
    }
    fmt.Println("Generated Token:", tokenString)
}

定义了一个 Claims 结构体，包含用户的用户名和标准 JWT 声明，使用了一个简单的密钥来签名令牌，并设置了5分钟的过期时间。

1. 实现验证 JWT 令牌的函数，用户每次请求时，服务端需要验证 JWT 令牌。解析和验证JWT的示例代码如下：

func ValidateJWT(tokenString string) (*Claims, error) {
    claims := &Claims{}
    token, err := jwt.ParseWithClaims(tokenString, claims, func(token *jwt.Token) (interface{}, error) {
       return jwtKey, nil
    })
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    if !token.Valid {
       return nil, fmt.Errorf("invalid token")
    }
    return claims, nil
}

1. 创建一个 HTTP 服务，完整代码如下：

package main

import (
    "encoding/json"
    "fmt"
    "github.com/dgrijalva/jwt-go"
    "net/http"
    "time"
)

var jwtKey = []byte("my_secret_key")

type Claims struct {
    Username string `json:"username"`
    jwt.StandardClaims
}

func GenerateJWT(username string) (string, error) {
    expirationTime := time.Now().Add(5 * time.Minute)
    claims := &Claims{
       Username: username,
       StandardClaims: jwt.StandardClaims{
          ExpiresAt: expirationTime.Unix(),
       },
    }

    token := jwt.NewWithClaims(jwt.SigningMethodHS256, claims)
    tokenString, err := token.SignedString(jwtKey)
    if err != nil {
       return "", err
    }
    return tokenString, nil
}

func ValidateJWT(tokenString string) (*Claims, error) {
    claims := &Claims{}
    token, err := jwt.ParseWithClaims(tokenString, claims, func(token *jwt.Token) (interface{}, error) {
       return jwtKey, nil
    })
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    if !token.Valid {
       return nil, fmt.Errorf("invalid token")
    }
    return claims, nil
}

func Login(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // 假设我们从请求中获取用户名和密码
    username := r.FormValue("username")
    // password = r.FormValue("password")
    // 这里应该验证用户名和密码的正确性
    // 为了示例，我们假设任何用户名密码组合都是有效的
    tokenString, err := GenerateJWT(username)
    if err != nil {
       w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
       return
    }
    w.Write([]byte(tokenString))
}

func Home(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    tokenString := r.Header.Get("Authorization")
    claims, err := ValidateJWT(tokenString)
    if err != nil {
       w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
       return
    }
    json.NewEncoder(w).Encode(claims)
}

func main() {
    http.HandleFunc("/login", Login)
    http.HandleFunc("/home", Home)
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

有两个路由处理函数，Login 函数生成 JWT 并返回给用户。Home 函数则需要用户将 JWT作为 Authorization（也可以使用其他字段） 头部发送，以验证用户的请求。

安全注意事项

• 应该使用满足复杂度要求的密钥，密钥不能硬编码在代码中。在生产环境中，应该使用配置中心或密钥管理系统来安全地存储密钥。
• 尽量使用 HTTPS 协议通信，防止中间人攻击。
• 应该给 JWT 设置一个合理的过期时间，减少令牌被盗用的风险。

JWT Authentication 认证的优缺点

JWT 的优点如下：

• JWT 所有必要的信息都储存在令牌本身，不需要在服务器存储。这一特性非常适合分布式系统和微服务架构。
• JWT 包含验证所需的所有信息，减少了查询数据库或存储系统的次数。
• JWT 是基于 JSON 的，可以在不同的编程语言和平台之间轻松传输和处理。
• 由于无需查询数据库验证用户的每个请求，可以提高应用程序的响应速度和性能。
• JWT 可以通过 URL、POST 参数或在 HTTP 头中传输，使用起来非常灵活。
• JWT 是一个开放标准（RFC 7519），有良好的社区支持和大量的库可以使用。
• JWT 支持多种签名算法，如 AES256 和 RSA 等，可以确保令牌在传输过程中不被篡改。

JWT 的缺点如下：

• JWT 一旦被颁发，在过期之前很难被吊销，除非在服务器端引入额外的逻辑来控制。
• 由于 JWT 是自包含的，大小通常比其他的会话信息要大，可能会增加传输数据的负担。
• 生成 JWT 使用的签名算法不够强大或者使用的密钥被泄露，那么 JWT 的信息就可能被解码。
• JWT 的有效性依赖于时间戳，因此需要确保服务器和客户端之间的时间同步。
• 对于需要细粒度控制用户会话的应用程序，使用 JWT 可能会增加实现的复杂性，因为需要在服务器端实现额外的逻辑来处理令牌的失效和刷新。

小结

JWT 是一种非常灵活的认证方式，可以用于多种场景，例如用户认证、服务间 API 调用认证等。但是 JWT 也存在固有的缺点，需要根据自己的使用场景做出最合适的选择。